Методи прогнозування ресурсу несучих і функціональних систем бурякозбиральних комбайнів

Удосконалення технології збирання цукрового буряка (перехід від роздільного збирання комплексом машин до однофазової технології збирання самохідними бурякозбиральними комбайнами) привело до ускладнення компонувальних схем машин, значного збільшення спорядженої маси машин з врахуванням корисного навантаження: для комбайна КС-6Б-10 “Тернопіль” - в 1,83 рази, для КБС-6 “Збруч” - у 2,49 рази в порівнянні з коренезбиральною машиною КС-6Б, яка є їх прототипом. Таке значне збільшення ваги комбайнів, ускладнення функціональних схем вимагало проектних змін несучих систем для підвищення (в 10 разів) їх довговічності у порівнянні з модернізованими рамами дослідних взірців.

Ресурс роботи конструкцій визначали залежністю

, (15)

де щ - середня частота навантаження при експлуатації, с^-1.

Кількість циклів навантаження N_p елемента з тріщиною визначали як суму циклів навантаження при рості поверхневої напівеліптичної тріщини і циклів навантаження при розвитку наскрізної тріщини до критичної довжини:

,(16)

де , - початковий і граничний (перетворення у наскрізну) розміри півосі поверхневої напівеліптичної тріщини, м; визначається із залежності (6);

, - початковий і граничний розміри наскрізної тріщини відповідно, м. Граничний розмір наскрізної тріщини, що поширюється в елементі багаторазово статично невизначеної рамної системи, приймали рівним 40% площі поперечного перетину або з умови , де - циклічна в'язкість руйнування;

, - коефіцієнти інтенсивності напружень у найглибшій точці а поверхневої тріщини та вершині наскрізної тріщини з довжиною l, ;

, - параметри КДВР (константи матеріалу зварного шва).

Оцінка НДС рамних конструкцій комбайнів показала, що в небезпечних вузлах запаси статичної міцності складали: k_с = 3,9 для комбайна КС-6Б-10 “Тернопіль” ; k_с = 3,0 для комбайна КБС-6 “Збруч”.

При проектуванні удосконалених рамних конструкцій зниження рівня напружень досягнуто за рахунок збільшення поперечних перетинів гнутозварних профілів (з 180Ч75Ч4 мм на 180Ч75Ч7 мм), з яких сконструйовані рамні системи, а також проектних змін самої конструкції (патент UA25520). За рахунок збільшення товщини профілю напруження у досліджуваних вузлах рамних конструкцій комбайнів КС-6Б-10 “Тернопіль” та КБС-6 “Збруч” знизились на 38-39 %. Ресурс такого варіанту несучих систем нижчий за нормативний (3000 год.).

Для розосередження силових потоків в зонах переходу від плоскої рами до просторової (концепція рівноміцності систем) запропоновано додаткові ферми , які перекривають зони зварного з'єднання плоскої і просторової частини рами.

Таке рішення дозволило додатково знизити рівень напружень у небезпечних вузлах комбайнів КС-6Б-10 “Тернопіль” на 31,6% та КБС-6 “Збруч” - на 25,8%.

Для підсилення і підвищення жорсткості консольних балок несучої системи комбайна КС-6Б-10 “Тернопіль” додатково встановлено підкоси із круглих товстостінних труб, які одним кінцем кріпляться до ведучого моста, а іншим - до вільного кінця консольних балок.

Розрахунковий ресурс рами комбайна КБС-6 “Збруч” при застосуванні додаткових елементів (безрозкісних ферм) підвищився до 4200 год. і перевищує нормативний (рис.2).

Рис. 2. Ресурс базових та модернізованих систем КБС-6 “Збруч”: 1 - рами з профілів 180Ч75Ч4 мм; 2 - рами з профілів 180Ч75Ч7 мм; 3 - рами з профілів 180Ч75Ч7 мм з додатковими фермами.

Раціональність конструкції визначали за ваговим коефіцієнтом, який характеризує відношення ваги несучої конструкції до загальної ваги спорядженої машини з врахуванням корисного навантаження:

.(17)

Зокрема, для колісних машин вітчизняного виробництва ваговий коефіцієнт несучих систем . У результаті запропонованих конструктивних рішень ваговий коефіцієнт несучої системи бурякозбирального комбайна КС-6Б-10 “Тернопіль” складає , комбайна КБС-6 “Збруч” - (для порівняння, ваговий коефіцієнт несучої системи коренезбиральної машини КС-6Б - ).

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Розроблено методи для розрахунку ресурсу несучих конструктивних структур мобільної сільськогосподарської техніки з позицій механіки руйнування, що ґрунтуються на математичному моделюванні реальних явищ руйнування при зародженні та розвитку тріщин.

2. Розроблено експериментальні методики і засоби для дослідження експлуатаційного навантаження елементів мобільної техніки. На основі проведених експериментальних досліджень уточнено режими навантаження бункерних комбайнів. Встановлено, що накладання високочастотної складової (вібрацій) на основний цикл змінних напружень приводить до зниження втомної міцності конструкцій (коефіцієнт зниження ).

3. Отримано результати впливу тягового опору дискових викопуючих органів на розподіл зусиль в основних несучих системах самохідних бурякозбиральних комбайнів.

4. Виконано розрахунок НДС рамних конструкцій бурякозбиральних комбайнів КС-6Б-10 “Тернопіль” та КБС-6 “Збруч”. Експериментально встановлено, що при статичних запасах міцності за напруженнями текучості k_с =3…4 найбільш навантажених зварних вузлів та існуючих дефектах зварювання ресурс знижується у 8-10 разів у порівнянні з нормативним. Для важконавантажених зварних вузлів мобільних машин на основі проведених досліджень рекомендовано встановити статичні коефіцієнти запасу міцності за напруженнями k_с=7…10.

5. Отримано результати перерозподілу НДС в статично невизначуваних рамних конструкціях при розвитку в них дефектності. Встановлено, що у межах окремого контура конструкції пошкодження одного з лонжеронів (більше 20% перетину) викликало поступове збільшення напружень у непошкодженому лонжероні і їх зниження в пошкодженому елементі (на 12% при 20% пошкодженні перетину та 28% при 40% пошкодженні перетину) у зв'язку з перерозподілом напружень між елементами системи.

6. Запропоновано науково обґрунтовані підходи до нормування дефектів зварювання на основі розрахунково - експериментальної методики отримання статистичного розподілу розмірів початкових тріщин, які можна розглядати як характеристику дефектності конкретної технології зварювання. Даний підхід враховує стохастичність зародження і розповсюдження тріщин на початковій стадії їх розвитку.

7. Досліджено характеристики втомної міцності та циклічної тріщиностійкості сталей Ст5Гпс, 09Г2С та 16Г2АФ. Порівняння характеристик циклічної тріщиностійкості досліджуваних марок сталей показало, що найвищу тріщиностійкість має сталь 16Г2АФ, швидкість росту тріщин (РВТ) у якій майже в п'ять разів менша у порівнянні з Ст5Гпс і майже втричі - у порівнянні з 09Г2С. Відзначено, що нітридно зміцнена сталь 16Г2АФ є перспективною при конструюванні важконавантажених конструкцій мобільної техніки.

8. Для широкого класу профілів відкритого і замкнутого перетину отримано поправкові функції для визначення коефіцієнтів інтенсивності напружень, що описують НДС в околі вершин тріщин, які розвиваються в рамних конструкціях мобільних машин.

9. На основі результаті комплексних досліджень несучих систем бурякозбиральних комбайнів КС-6Б-10 “Тернопіль” та КБС-6 “Збруч” проведено модернізацію рам і впроваджено їх у серійне виробництво на ВАТ “Тернопільський комбайновий завод”. За рахунок внесення проектних змін ресурс рамних систем сягнув нормативного рівня, що підвищило надійність бурякозбиральних комбайнів в цілому. Економічна ефективність експлуатації бурякозбирального комбайна КС-6Б-10 “Тернопіль” за нормативний термін експлуатації (10 р.) у порівнянні з комплексом машин БМ-6+ОГД-6А+КС-6Б складає 819655,70 грн.

10. Ефективна методика розрахунку і проектування рамних систем та результати досліджень є основою для розробки несучих систем високоефективного самохідного комбайна з об'ємом бункера 18-20 м³ згідно з “Державною програмою розвитку вітчизняного машинобудування для агропромислового комплексу на 2007-2010 рр.”.

ДРУКОВАНІ ПРАЦІ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Критеріальна оцінка динамічної міцності конструкцій мобільних сільськогосподарських машин з врахуванням ефекту від депланації / Т.І. Рибак, О.І. Дарчук, М.І. Підгурський та ін. // Вісник Тернопільського приладобудівного інституту, 1996.- №2.-С.59-66.

2. Підгурський М.І. Закономірності зародження і розвитку поверхневих тріщин малоциклової втоми у зварних з'єднаннях // Вісник Тернопільського державного технічного університету, 1997.-Т.2.-№1.-С.50-55.

3. Дослідження динаміки навантаженості тримких конструкцій коренезбиральної машини КС - 6Б / М.Я. Сташків, М.І. Підгурський, М.І. Барановський, Я.І. Ковальчук // Вісник Харківського ДТУ сільського господарства. “Підвищення надійності відновлюємих деталей машин.” Харків: ХДТУСГ, 2003. - Вип. 17. - С. 40 - 43.

4. Рибак Т.І., Підгурський М.І., Бабій А.В. Перспективи застосування полімерних композитів в машхімзахисті // Техніко - технологічні аспекти розвитку та випробування нової техніки і технологій для сільського господарства України : Зб. наук. пр. - Дослідницьке: УкрНДІПВТ, 2003. - Вип.6 (20). - Кн. 1. - С. 174 - 178.

5. Рибак Т.І., Підгурський М.І., Сташків М.Я. Підвищення надійності рамних конструкцій сільськогосподарської техніки при застосуванні методів механіки втомного руйнування // Вісник Харківського ДТУ сільського господарства “Механізація сільськогосподарського виробництва“. - Харків, 2003. - Вип. 20.- С. 332 - 337.

6. Вплив стисненого кручення на ресурс роботи тримких елементів рами машини КС - 6Б / Т.І. Рибак, М.І. Підгурський, М.Я. Сташків, А.В. Бабій // Загальнодержавний міжвідомчий наук. - техн. вісник “Конструювання, виробництво і експлуатація сільськогосподарських машин”. - Кіровоград: КДТУ, 2003. - Вип.33. - С.81 - 88.

7. Підгурський М.І., Сташків М.Я., Павлов Я.А. Розрахунок і вдосконалення несучих конструкцій бурякозбиральних комбайнів // Зб. наук. пр. “Техніко-технологічні аспекти розвитку та випробування нової техніки і технологій для сільського господарства України” - Дослідницьке, 2005. - Вип.8(22). - Кн.1.- С.284 - 291.

8. Рибак Т.І., Підгурський М.І., Сташків М.Я. Оцінка надійності несучих конструкцій і вузлів бурякозбиральних комбайнів на початковій стадії розвитку тріщини // Загально-державний міжвідомчий наук.-техн. зб. “Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин”. - Кіровоград: КНТУ, 2005. - Вип.35. - С.33-38.

9. Рибак Т.І., Підгурський М.І., Сташків М.Я. Проблемні питання проектування і розрахунку бункерів самохідних бурякозбиральних комбайнів // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. П. Василенка “Технічний сервіс АПК, техніка та технології у сільськогосподарському машинобудуванні” - Харків, 2005. -Вип.39. - С.221-226.

10. Експериментальні напрямки дослідження динаміки навантаженості несучих конструкцій бурякозбиральних машин / В.П. Олексюк, М.Я. Сташків, А.В. Бабій, М.І. Підгурський // Надійність і довговічність машин і споруд, 2005. - Вип.25. - С. 103-111.

11. Універсальна вимірювальна система для дослідження динаміки сільськогосподарських машин / Т.І. Рибак, М.І. Підгурський, В.І. Костюк та ін. // Надійність і довговічність машин і споруд, 2005. -Вип.25.- С.112-119.

12. Підгурський М., Сташків М. Методи визначення КІН для дефектних елементів відкритого профілю // Вісник ТДТУ, 2006.-Т.11.-№2.-С.92-108.

13. Системні підходи до прогнозування ресурсу тримальних конструкцій мобільних машин / Т.І. Рибак, М.І. Підгурський, М.Я. Сташків, В.П. Олексюк // Надійність і довговічність машин і споруд, 2006.- №27.-С.317-324.

14. Підгурський М.І., Рибак Т.І., Сташків М.Я. Кінетика розвитку кутової тріщини в гнутозварних коробчастих профільних елементах сільськосподарських машин // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. П.Василенка “Технічний сервіс АПК, техніка та технології у с/г машинобудуванні” Харків, 2006.-Вип.46.- С.101-106.

15. Підгурський М., Сташків М. Розвиток наскрізних тріщин у гнутозварних тонкостінних елементах коробчастого профілю // Вісник ТДТУ, 2006.-Т.11.-№4. - С.78-86.

16. Підгурський М.І. Надійність рам мобільних сільськогосподарських машин при розвитку тріщин від втомності // Зб. наук. пр. “Техніко-технологічні аспекти розвитку та випробування нової техніки і технологій для сільського господарства України.” - Дослідницьке, 2006.-Вип.9(23). - Кн.2.-С.214-222.

17. Підгурський М.І., Рибак Т.І., Сташків М.Я. Оцінка впливу дефектності зварних з`єднань на надійність сільськогосподарської техніки // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. П.Василенка “Проблеми надійності машин та засобів механізації сільськогосподарського виробництва”. - Харків, 2007.-Вип.51.- С.289-295.

18. Підгурський М.І., Сташків М.Я., Хомик Н.І. Про опір дискових копачів бурякозбиральних комбайнів // Зб. наук. ст. “Сільськогосподарські машини.” - Луцьк: ЛДТУ, 2007.-Вип.15.-С. 218-221.

19. Підгурський М.І. Особливості розвитку втомних тріщин в елементах статично невизначуваних рамних систем мобільних машин // Вісник ТДТУ, 2007.-Т.12-№3.-С.107-112.

20. Рибак Т.І., Підгурський М.І. Циклічна тріщинотривкість і руйнування елементів зварних конструкцій // Трибофатика: Пр. 4 Міжнар. симпозіуму з трибофатики (ISTF4), 23-27 вересня 2002 р. - Тернопіль: ТДТУ, 2002. - С. 290 - 295 (зараховано як фахове видання. Постанова Президії ВАК України від 15.01.03 р. № 1-05/01).

21. Деклараційний патент на корисну модель UA 14307, G01N 3/04. Захватний пристрій втомних випробувань великогабаритних тонкостінних плоских зразків. Підгурський М.І., Мильніков О.В., Сташків М.Я. та ін. Заявл. 28.10.2005. Опубл.15.05.2006. Бюл.№5.

22. Патент на корисну модель UA25520, В62D 21/02. Рама бурякозбирального комбайна. Підгурський М.І., Сташків М.Я., Павлов Я.А. та ін. Заявл. 06.06.2007. Опубл.10.08.2007. Бюл. №12.

23. Рибак Т., Підгурський М.І., Сташків М. Кінетика розвитку дефектності конструктивних структур за особливостей навантаження // 3-я Міжнародна конференція “Механіка руйнування матеріалів та міцність конструкцій”. - Львів, 2004. - C. 287-292.

24. Прогнозирование и обеспечение усталостной надежности несущих конструкций мобильных машин / Т.И. Рыбак, Н.И. Пидгурский, Н.Я. Сташкив, П.В. Попович // Междунар. конгресс “Машиностроительные технологии '04”, 23-25 сент. 2004 р. - Болгария, 2004 . - С. 139-142.

25. Підгурський М.І. Застосування критеріїв механіки втомного руйнування до оцінки початкової дефектності зварних з`єднань сільськогосподарських машин // Тр. 10-ой Междунар. науч - техн. конф. “Физические и компьютерные технологии”. - Харьков, 2004.-С. 153-156.

26. Універсальна вимірювальна система для дослідження реальної динаміки навантаження мобільних сільськогосподарських машин / Т.І. Рибак, М.І. Підгурський, В.І.Костюк та ін. // Пр. І-ї Міжнар. наук. - техн. конф. “Динаміка, міцність і надійність сільськогосподарських машин (DSR AM-1)”, 4-7 жовтня 2004 р. - Тернопіль, 2004. - С. 198-201.

27. Підгурський М.І., Сташків М.Я., Попович П.В. Прогнозування ресурсу роботи елементів рам самохідних бурякозбиральних комплексів на стадії росту втомних тріщин// Пр. І-ї Міжнар. наук. - техн. конф. “Динаміка, міцність і надійність сільськогосподарських машин (DSR AM-1)”, 4-7 жовтня 2004 р. - Тернопіль, 2004. - С. 636-642.

28. Рибак Т.І., Підгурський М.І., Сташків М.Я. Методи визначення КІН для дефектних елементів замкнутого профілю // Пр. ХІІІ Міжнар. колоквіуму “Механічна втома металів”, 25-28 вересня 2006 р.-Тернопіль: ТДТУ, 2006. - С.441-449.

29. Рибак Т., Підгурський М., Сташків М. Прогнозування довговічності несучих систем мобільних сільськогосподарських машин за результатами експлуатаційних випробувань // Motorization and power industry in agriculture (MOTROL). - Lublin, 2007. - V. 9A. - P. 86-92.

30. Пидгурский Н.И. Оценка влияния поверхностного пластического деформирования на ресурс элементов сварных соединений конструкций // Сб. тезис. докл. Междунар. науч.-техн.конф. "Технология отделочно-упрочняющей обработки в машиностроении" - Минск, 1994. - С. 99- 101.

31. Пидгурский Н.И. Кинетика формы при слиянии поверхностных усталостных трещин // Сб. тезис. докл. Междунар. науч.-техн.конф. "Надежность машин и технологического оборудования" - Ростов- на- Дону, 1994. - С.15-16.

32. Мильніков О.В., Підгурський М.І. Моделювання кінетики розвитку та об'єднання поверхневих тріщин. // Іntеrn. Соnf. "Моdelling апd іnvestigation of System Stability". May 19-23, 1997. Thesis of Conf. Reports. Mechanical Systems. Kiev, 1997. - Р.105.

33. Підгурський М.І. Аналіз стадій зародження та росту тріщин малоциклової втоми у сталях і вплив на них низьких температур // Теория и практика металлических конструкций: Междунар. конф., 2-4 декабря, 1997 г. Сб. трудов. - Донецьк - Макіївка, 1997. -Т.2.-С.102-106.

34. Мильніков О.В., Підгурський М.І. Визначення коефіцієнтів інтенсивності напружень для наскрізних тріщин у компактних зразках з модельних матеріалів при статичному навантаженні // Зб. тез доп. третьої наук.- техн. конф. ТДТУ “Прогресивні матеріали, технології та обладнання в машино - і приладобудуванні". Тернопіль, 1998. - С. 76.

35. Мильніков О.В., Підгурський М.І. Експериментальне дослідження закономірностей взаємодії колінеарних тріщин на модельних матеріалах // International Conference “ Dinamical systems. Мodelling and stability investigation. Thesis of Conf. Reports, Mechanical Systems. Kiev, 1999. - P. 56.

36. Рибак Т.І., Підгурський М.І., Сташків М.Я. Кінетика розвитку дефектності при складному напруженому стані зварних конструкцій сільськогосподарських машин // Матеріали третьої Всеукр. наук. конф. “Математичні проблеми технічної механіки.” - Дніпродзержинськ, 2003. - С.133.

37. Підгурський М.І. Розвиток методів розрахунку несучих зварних конструкцій мобільних сільськогосподарських машин // Матеріали сьомої наук. конф. ТДТУ. - Тернопіль, 2003. - С. 55.

38. Мильніков О.В., Підгурський М.І. Особливості зародження та росту втомних тріщин в елементах зварних конструкцій машин. // Тези доповідей 6-го Міжнар. симпозіуму українських інженерів - механіків у Львові, 22-23 травня 2003 р. -Львів, 2003. - С.55.

39. Мильніков О.В., Підгурський М.І. Моделювання зварних вузлів несучих конструкцій мобільних машин. // Intern. Conf. “Dynamical System Modelling and Stability investigation”, May 27-30, 2003. Thesis of conf. reports. Modelling and Stability.Kyiv, 2003. - Р. 212.

40. Мильніков О.В., Підгурський М.І. Визначення коефіцієнтів інтенсивності напружень К₁ і К₂ розрахунково - експериментальним методом // Матеріали восьмої наук. конф. ТДТУ. - Тернопіль, 2004. - С.89.

41. Мильніков О.В., Підгурський М.І. Розробка методу визначення коефіцієнтів інтенсивності напружень у випадку неоднорідного напруженого стану // Матеріали восьмої наук. конф. ТДТУ. - Тернопіль, 2004. - С.90.

42. Удосконалення дискового копача бурякозбиральних машин / Ю. Дем`яненко , В. Мартиненко, М. Підгурський, М. Сташків // Матеріали дев'ятої наук. конф. ТДТУ імені Івана Пулюя. - Тернопіль, 2005.-С.77.

43. Рибак Т.І., Підгурський М.І., Сташків М.Я. Застосування механіки втомного руйнування до розрахунку рамних конструкцій мобільних сільськогосподарських машин // Тези доповідей 7-го Міжнар. симпозіуму українських інженерів-механіків у Львові, 18-20 травня 2005 р. - Львів, 2005.- С.42.

44. Мильніков О.В., Підгурський М.І. Універсалізація підходів до моделювання дефектності зварних конструкцій мобільних машин // Вісник Київського національного університету ім. Тараса Шевченка “Dynamical system. Мodelling and Stability investigation.” Thesis of Conf. Reports. - Kyiv, 2005.-P.306.

45. Системні підходи до прогнозування ресурсу несучих конструкцій мобільних машин / Т.І. Рибак, М.І. Підгурський, М.Я. Сташків, В.П. Олексюк // Тези доповідей Міжнар. наук.-техн. конф. “Динаміка, міцність і ресурс машин та конструкцій”, 2-4 листопада 2004 р. - Київ: ІПМ ім Г.С.Писаренка НАН України, 2005.-Т.3.-С.292-293.

46. Дослідження динамічних характеристик начіпного штаногвого обприскувача ОПШ-600 / Т.І. Рибак, М.І. Підгурський, Р.Б. Гора та ін. // Матеріали десятої наук. конф. ТДТУ. - Тернопіль: ТДТУ, 2006.-С.95.

47. Методика визначення КІН для дефектних несучих елементів мобільної сільськогосподарської техніки / М. Підгурський, М. Сташків, А. Чайківський, М. Шибістий // Матеріали десятої наук. конф. ТДТУ. - Тернопіль: ТДТУ, 2006. - С.104.

48. Підгурський М.І., Сташків М.Я., Мильніков О.В. Комп`ютерні технології в прикладних задачах механіки // Матеріали одинадцятої Міжнар. наук. конф. ім. академіка М.Кравчука, 18-20 травня 2006 р. - К.: ТОВ “Задруга”, 2006. - С. 111.

49. Комплексні дослідження рамних конструкцій бурякозбиральних комбайнів / Т.Рибак, М.Підгурський, М.Сташків та ін. // Матеріали одинадцятої наук. конф. ТДТУ.-Тернопіль: ТДТУ, 2006.- С.102.

50. Інженерні проблеми розрахунку рамних конструкцій мобільних машин / М.Підгурський, М.Сташків, О. Мильніков, С. Семчишин. // Матеріали одинадцятої наук. конф. ТДТУ. - Тернопіль: ТДТУ, 2006.-С.107.

51. Мильніков О.В., Підгурський М.І. Особливості моделювання наскрізних і поверхневих тріщин при їх дослідженні оптичними методами // Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка “Dynamical system. Modelling and stability investigation”, May 22-25, 2007. Thesis of Conf. Reports.-Kyiv, 2007. - P.309.

52. Підгурський М.І., Сташків М.Я, Зарічний І.Ф. Інженерні методи визначення коефіцієнта інтенсивності напружень у тонкостінних профільних елементах // Тези доп. восьмого міжнар. симпозіуму українських інженерів-механіків у Львові. - Львів, 2007. - С.48.

53. Особливості проектування та випробування мобільних сільськогосподарських машин на сучасному етапі пошукового конструювання / Т. Рибак, М. Підгурський, М. Сташків, А. Матвіїшин // Тез. 2-ої Всеукраїнської конф. - семін. докт., асп. та пошук. у галузі аграрної інженерії “Проблеми створення та технічної експлуатації машин і обладнання”. - Кіровоград: КНТУ, 2007. - С. 33-34.

АНОТАЦІЯ

Підгурський М.І. Методи прогнозування ресурсу несучих і функціональних систем бурякозбиральних комбайнів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя, Тернопіль, 2007.

У дисертаційній роботі запропоновано комплексні аналітично-експериментальні підходи до оцінки ресурсу основних несучих рамних систем бурякозбиральних комбайнів, побудовані з позицій механіки руйнування, що ґрунтуються на математичному моделюванні реальних процесів зародження та розвитку тріщин у зварних з'єднаннях профільних елементів конструкцій.

Розроблено експериментальні методики і засоби для оцінки експлуатаційного навантаження мобільної сільськогосподарської техніки. У результаті проведених досліджень уточнено режими навантаження бункерних комбайнів. Проаналізовано вплив тягових зусиль дискових викопуючих органів на НДС основних несучих систем комбайнів. Встановлено закономірності розподілу напружень в статично невизначуваних системах при розвитку в них тріщин. Розроблено інженерні підходи до нормування дефектності, які враховують стохастичність зародження і розвитку тріщин на початковій стадії їх поширення. Сформульовано математичні моделі і розв'язано задачі з розрахунку коефіцієнтів інтенсивності напружень, що описують напружено-деформівний стан в околі вершин тріщин. Задачі розв'язано для загального випадку поширення тріщин з кута коробчастого профілю або краю полиці елемента відкритого профілю в полях з неоднорідним напруженим станом.

Для опису кінетики розповсюдження тріщини і визначення періоду її доктритичного розміру в зварних з'єднаннях було встановлено характеристики циклічної тріщиностійкості ряду конструкційних сталей.

Розроблено алгоритм синтезу раціональних несучих конструкцій бурякозбиральних комбайнів з гарантованим ресурсом роботи.

Ключові слова: бункерні бурякозбиральні комбайни, несучі рами, експлуатаційне навантаження, зварні з'єднання, дефектність зварювання, тріщини, ресурс конструкцій.

SUMMARY

Pidgursky M.I. Prediction methods of the beet harvesters bearing and functional systems resource. - Manuscript.

The thesis submitted for the scientific degree of Doctor of Sciences (Engineering) in specialism 05.05.11 - Machines and mechanization means of agricultural production. - Ternopil Ivan Pul'uj State Technical University, Ternopil, 2007.

Analytical-experimental approaches to the estimation of the basic bearing frame systems resource of beet harvester, based on fracture mechanics and on the mathematic modeling of real processes of cracks initiation and propagation in the welded connections of the constructions profile elements are proposed in the thesis.

Experimental methods and means for estimation the decision of the operating loading of mobile agricultural technique are developed. The regimes of loading of bunker combines are specified. The analysis of the disk-type digging organs effect on the stress-strain behavior of the basic bearing systems of harvesters is carried out. Dependencies of stress distributions in the statically undetermined systems while being cracked are found. Engineering approaches as to the damage standards, which take into account the stochastics of cracks initiation and propagation on the initial stage of their distribution, are developed. Mathematical models of cracks growth are built. The tasks of SIF calculation which describe the stress-strain behavior at the crack tips are solved. Tasks for the general case of crack propagation from the box-type element profile or open-type element shelf side in the fields with the heterogeneous stress-strain behavior are solved. The algorithm of rational bearing constructions synthesis of beet harvesters with the guarantied resource of operating time is developed.

Keywords: beet harvesters, bearing frames, operating loading, welded connections, imperfectness of welding, cracks, resource of constructions.

АННОТАЦИЯ

Пидгурский Н.И. Методы прогнозирования ресурса несущих и функциональных систем свеклоуборочных комбайнов. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 05.05.11 - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Тернопольский государственный технический университет имени Ивана Пулюя, Тернополь, 2007.

В диссертационной работе предложены комплексные аналитическо-экспериментальные подходы к оценке ресурса основных несущих рамных систем свеклоуборочных комбайнов, построенные на позициях механики разрушения и базирующиеся на математическом моделировании реальных процессов зарождения и развития трещин в сварных соединениях профильных элементов конструкций.

Разработаны экспериментальные методики и средства для оценки эксплуатационной нагрузки мобильной сельскохозяйственной техники. Разработана мобильная испытательная система, состоящая из комплекта датчиков (тензорезисторы, датчики угловых скоростей, виброакселерометры, динамометры), универсальной регистрирующей системы с вмонтированным микрокомпьютером, которая обеспечивает усиление, фильтрацию, регистрацию сигналов и пакета прикладных программ для функционирования системы и статистической обработки данных. Количество каналов - 8, частота измерений - до 2000 Гц.

На основании проведенных исследований уточнены режимы нагружения бункерных комбайнов. Установлено, что при выполнении технологического процесса происходит наложение высокочастотной составляющей (вибраций) на основной цикл переменных напряжений, вызванных загрузкой бункера. Такое сочетание составляющих циклического нагружения вызывают ускоренное накопление усталостных повреждений, что приводит к существенному снижению циклической долговечности сварных конструкций. Проанализировано влияние тяговых усилий дисковых выкапывающих органов на НДС основных несущих систем комбайнов. Установлены закономерности распределения напряжений в статически неопределимых системах при развитии в них трещин. Установлено, что в границах отдельного контура конструкции, повреждение одного из лонжеронов (больше 20% сечения) вызывает постепенное увеличение напряжений в бездефектном лонжероне и снижение (на 12-28%) напряжений в элементах с трещиной.

Разработаны инженерные подходы к нормированию дефектности, которые учитывают стохастичность зарождения и развития трещин на начальной стадии их распространения, основанные на усталостных испытаниях полунатурных сварных образцов и моделировании условной начальной трещины в конструкции. Сформулированы математические модели и решены задачи по расчету коэффициентов интенсивности напряжений, описывающих напряженно-деформированное состояние в устье трещин. Задачи решены для общего случая распространения трещин из угла коробчатого профиля или края полки элемента открытого профиля при изгибе, стесненном кручении элементов. Для решения такого класса задач предложена расчетная модель, в соответствии с которой на первом этапе решается задача определения траектории развития трещин, исходя из концепции энергетической стабильности развития веток трещины. На втором этапе определяются коэффициенты интенсивности напряжений.

Для описания кинетики распространения трещины и определения периода ее докритического роста в сварных соединениях получены характеристики циклической трещиностойкости ряда конструкционных сталей.

Выполнен расчет НДС рамных конструкций свеклоуборочных комбайнов КС-6Б-10 “Тернопіль” и КБС-6 “Збруч”. Экспериментально установлено, что при статических запасах прочности по напряжениям k_c = 3…4 наиболее нагруженных узлов и существующих дефектах сварки, ресурс снижается в 8-10 раз по сравнению с нормативным. Для ответственных сварных узлов мобильных машин на основании ресурсного расчета предложено принять статические коэффициенты прочности по напряжениям k_c = 7…10.

Разработан алгоритм синтеза рациональных несущих конструкций свеклоуборочных комбайнов с гарантированным ресурсом работы.

Ключевые слова: бункерные свеклоуборочные комбайны, несущие рамы, эксплуатационная нагрузка, сварные соединения, дефектность сварки, трещины, ресурс конструкций.

Размещено на Allbest.ru