Технология снижения материалоёмкости сельскохозяйственных машин с помощью систем управляемых затяжек тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Тюрин, Евгений Александрович

• Тюрин, Евгений Александрович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Тюрин, Евгений Александрович

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология снижения материалоёмкости сельскохозяйственных машин с помощью систем управляемых затяжек»

В технических системах сельскохозяйственного назначения нрактически везде используются тонкостенные, оболочечные, рамные либо ферменные конструкции (нанример, рамы транснортных средств или остовы сельскохозяйственных сооружений), масса которых значительно выше по сравнению с зарубежными аналогами, в результате чего себестоимость отечественных изделий и их эксплуатационные расходы существенно завышены. Снизить материалоёмкость, возможно при помощи предварительного напряжения с использованием как неуправляемых /1/ (Беленя Е.И.) так и управляемых 111 (Астахов М.В.) затяжек той или иной конструкции, при помощи которых, напряжения в поперечных сечениях конструкции за счёт работы системы "конструкция затяжка", значительно нонижаются. Применение неуправляемых (статических) затяжек для этой цели широко известно и рассмотрено ниже. Но в сельскохозяйственных машинах внешние нагрузки часто меняются во времени в циклическом режиме, что создаёт определённые трудности применения статических затяжек. В результате совместной работы системы "конструкция управляемая затяжка", основная конструкция испытывает напряжения гораздо меньшей интенсивности, чем конструкция без затяжки. Следовательно, основную конструкцию можно либо загрузить силой большей величины, либо снизить её материалоёмкость. Согласно /1/, основной идеей предварительного напряжения является создание искусственным путём в конструкции, или наиболее нагруженном её сечении напряжения обратного знака тем напряжениям, которые возникают при действии эксплуатационной нагрузки. Создать предварительные напряжения в металлических конструкциях, можно при помощи затяжек, которые бывают двух видов: неуправляемые /1/ и управляемые 111.Затяжкой называется напрягающий элемент, создающий в нанрягаемой конструкции предварительные внутренние силы, уменьшающие внутренние силы от основной внешней нагрузки. Рис, В,1 Повышение несущей способности стержня работающего на растяжение 1 без предварительного напряжения; 2 е предварительным напряжением Анализируя (рис, ВЛ) можно сказать, что при растяжении предварительно ненапряжённого стержня, напряжения в нём достигают величины а при нагрузке F, При создании в стержне предварительного напряжения сжатия а величина сг достигается при нагрузке F>F. Следовательно, несущая способность предварительно напряжённого стержня выше, что подчёркивает эффективность использования предварительного напряжения. Для различного вида машин и сооружений широкое применение нашли затяжки, закреплённые в основной конструкции с помощью неподвижных соединений, то есть представляющих с основной конструкцией единое целое /3/ (Мельников Н.П,), /4/ (Беленя Е.И,, Стрелецкий П.Н,), Такие затяжки можно назвать статическими, то есть внешние силы приложены к рассматриваемой системе статически и не меняются во времени. В результате применения статических затяжек несущая способность основной конструкции повышается, а её работа при заданных технологических внешних силах происходит при значительно меньших напряжениях.Неуправляемые затяжки создают постоянные предварительные напряжения, даже в тот момент, когда конструкция находится без нагрузки. То есть можно сказать, что затяжка и конструкция работают совместно за весь период нагружения и эксплуатации, при этом можно либо уменьшить материалоёмкость при прежней несущей способности либо при прежней материалоёмкости увеличить несущую способность. В отличие от неуправляемых затяжек, управляемые создают предварительные напряжения в тот момент, когда нанряжения, возникающие в металлических конструкциях от действия эксплуатационной нагрузки, достигают заданного предельного значения, вследствие чего уменьшается амплитуда цикла напряжений, и как следствие этого можно снизить материалоёмкость. Поэтому разработка конструкции, теории и расчёта управляемых затяжек с целью создания сельскохозяйственных машин и агрегатов, имеющих меньшую материалоёмкость весьма актуально. Примером сельскохозяйственных машин и агрегатов могут быть ёмкости силосов, бункеров, автокормовозов, кузовов и рам транспортных средств. Все они представляют собой либо тонкостенные системы типа оболочек и пластин, либо комбинированные системы, включающие элементы пространственных балок, рам и ферм. За обьект исследования взята ёмкость автокормоваза АСП-25, где предлагается снизить материалоёмкость при помощи совместного применения известных поперечных и вновь разработанных продольных управляемых затяжек, имеющих внешний энергетический источник. Металлические конструкции, применяемые в сельском хозяйстве, запасаются упругой энергией, при воздействии на них силы, изменяющейся во времени. Запасённую упругую энергию можно использовать для работы управляемой затяжки, которая будет разгружать ту или иную конструкцию в критический для неё момент, то есть когда внутренние усилия будут достигать уровня, соответствующего пределу выносливости материала конструкции.Отсюда, для дальнейшего исследования взята однонролётная балка, являющаяся элементом рам агрегатов АСВ 8, ВКС 2, КФС 2,7В и МКО 3, где предлагается использовать управляемую затяжку в качестве элемента, создающего компенсационные усилия в верхнем её поясе, за счёт внутренней энергии упругого деформирования балки. Во всех

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Тюрин, Евгений Александрович

5. Результаты работы внедрены в производство на машиностроительном предприятии ООО "Промтехник" в г. Воронеже, при изготовлении рамы вибрационного копателя саженцев ВКС - 2. Доказано, что при использовании управляемой затяжки, материалоёмкость рамы ВКС - 2 значительно снижена. За счёт снижения материалоёмкости выпускаемых рам ВКС - 2, удалось получить экономический эффект в размере 204,82 руб с каждой изготавливаемой рамы (см. приложение).

На основании анализа существующих и разработанных новых видов конструкций управляемых затяжек, предлагается их следующая классификация (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Классификация управляемых затяжек (УЗ)

Данная классификация является первоначальной и охватывает небольшое количество основных конструкций, работающих в циклическом режиме. Следует отметить, что при внешних силах, достаточно медленно меняющихся во времени, их приложение к системе "основная конструкция - управляемая затяжка" можно считать статическим.

Материалы данной диссертации (см. главы 3, 4), доказывают, что создание конструкций и сооружений сельхозназначения, которые использовали бы для саморазгрузки (при помощи управляемых затяжек) внутреннюю энергию упругого деформирования основной конструкции, является вполне осуществимым и экономически целесообразным.

В результате применения таких затяжек, материалоёмкость тех или иных сельскохозяйственных конструкций и агрегатов, можно будет значительно снизить.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Тюрин, Евгений Александрович, 2007 год

1. Беленя Е.И. Предварительно напряжённые несущие металлические конструкции, 2-е изд., М., 1975. - 560 с.

2. Металлические конструкции. Мельников Н.П. М.: Стройиздат, 1983, -539 с.

3. Беленя Е.И., Стрелецкий H.H. и др. Металлические конструкции. М.: Стройиздат. - 1982. - 420 с.

4. Robertson T.S. Propagation of Brittle Fracture of Steel. Journal of the Iron and Steel Institute, 1953, No. 175, - P 321.

5. Magnel G. Prestressed steel structures. Struct. Engrg, 1971, - P 125.

6. Bierett G. Berechnung und Gestaltung der Kranbahnen. Stahl und Eisen, 1966, 86,-P 212.

7. Цетлин JI. Стальные конструкции США. Основные направления проектирования. В кн.: Симпозиум АИПК. Вводные доклады. М., 1978. -350 с.

8. Дюба П. Тенденция развития конструктивных форм стальных строительных конструкций, включая конструкции мостов. В кн.: Симпозиум АИПК. Вводные доклады. М., 1978. - 230 с.

9. Качурин В.К. Теория висячих систем. М.: Стройиздат. 1969. - 310 с.

10. Мацелинский Р.Н. Статический расчет гибких висячих конструкций. М.: Стройиздат. 1950. - 450 с.

11. Ференчик П., Тохачек М. Предварительно напряжённые стальные конструкции. М.: Стройиздат. - 1979. - 360 с.

12. Кравцов М.М. Некоторые вопросы действительной работы и расчета открытых пролетных строений мостов. В сб.: Материалы по металлическим конструкциям, вып. 16. М., 1972/ЦНИИПСК. - 290 с.

13. Беленя Е.И., Астряб С.М., Ромазанов Э.Б. Предварительно напряжённые металлические листовые конструкции. М.: Стройиздат.-1979.-420 с.

14. Поляк B.C. Расчет и оптимизация строительных объектов, конструктивное решение которых обусловлено требованиями деформативности. -Тр. ин-та / ЦНИИпроектстальконструкция, 1977, вып. 20. 430 с.

15. Попов Г.Д. Облегченные конструкции в мостостроении. В кн.: Металлические конструкции. М., Стройиздат, 1966. - 353 с.

16. Рабинович И.М. Основы строительной механики стержневых систем. М.: Стройиздат. 1960. - 394 с.

17. Труды III Международной конференции по предварительно напряжённым металлическим конструкциям / Сб. докладов, т. I, И, М., Мир, 1971; т. III - V, Гипро-тис, 1971. - 154 с.

18. Мельников Н.П., Левитанский И.В., Каленов В.В. Тонкостенные стальные балки эффективный вид строительных конструкций. - Промышленное строительство, 1974, № 10. - 546 с.

19. Бахмутский В.М., Каплун Я.А., Бобровников А.П. и др. Применение стальных труб в конструкциях покрытий промышленных зданий. Изв. вузов. Строительство и архитектура, 1974, № 8.-123 с.

20. Fritz B. Über die Berechnung und Konstruktionen vorgespannter, Stählerner Fachwerkträger. Stahlbau, 1955, - P 85.

21. Зевин A.A. Работа предварительно напряжённых стальных балок при подвижной нагрузке. - Автореф. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. М., 1966.-29 с.

22. Геммерлинг A.B. Об устойчивости предварительно напряжённых балок. - Строительная механика и расчёт сооружений, 1960, № 7.-189 с.

23. Гайдаров Ю.В. Предварительно напряжённые металлические конструкции. М, Стройиздат, 1971. - 156 с.

24. Васильев A.A. Металлические конструкции, Москва, Стройиздат, 1979, с. 470.

25. Сперанский Б.А. Решетчатые металлические предварительно напряжённые конструкции. М., Стройиздат, 1970. - 365 с.

26. Комаровский П.Е. Составление смет на общестроительные и специальные работы. Справочное пособие. М., 1977. 264 с.

27. Бирюлев В.В., Крылов И.И. О работе неразрезных двухпролетных предварительно напряжённых стальных балок в упруго - пластической стадии. - Изв. вузов. Сер. - Стр-во и архитектура, 1971, № 9. - 54 с.

28. Демидов H.H. Повышение эффективности стальных структурных конструкций. Автореф. на соиск. учён, степени канд. техн. наук. М., 1976. -25 с.

29. Селезнева E.H. Развитие теории надежности в металлостроительстве. -В кн.: Исследование надежности металлических конструкций. М., 1979 / ЦНИИпроектстальконструкция. 260 с.

30. Мельников Н.П. Надежность одно из основных направлений эффективности строительных металлических конструкций. - В кн.: Исследование надежности металлических конструкций. М., 1979 / ЦНИИпроектстальконструкция. - 420 с.

31. Калинин A.A., Крытановский В.Н. Большепролётное металлическое преднапряжённое структурное покрытие. Промышленное строительство, 1977, № 8.-375 с.

32. Венков Л.В. Эффективность применения предварительного напряжения в металлических сплошных рамках. Автореф. на соиск. учён, степени канд. техн. наук. М., 1973 (МИСИ им. В.В. Куйбышева). 27 с.

33. Ржаницын А.Р. Теория расчета строительных конструкций на надежность. М., 1978.- 140 с.

34. Шухов В.Г. Строительная механика. Избранные труды. Под ред. А.Ю. Ишлинского. М., 1977. 250 с.

35. Власов В.З. Общая теория оболочек и ее применение в технике. М., 1949.-540 с.

36. Сафарян М.К. Современное состояние резервуаростроения и перспективы его развития. M., 1972/ЦНИИТЭнефтехим. 340 с.

37. Прочность. Устойчивость. Колебания. Справочник в 3-х т. т.2/ С.А. Ам-барцуян, В.Л. Бидерман, И.А. Биргер и др.; Под общ. ред. И.А. Биргера и Я.Г. Пановко. М.: Машиностроение, 1968. - 464 с.

38. Расчёт составных оболочечных конструкций на ЭВМ. Справочник. / В.И. Мяченков, ИВ.Григорьев. М.: Машиностроение, 1981. - 110 с.

39. Stress amplification in unstiffened cylindricsl steet silos and tanks. / Rotter J. Michael // Civ. Eng. Trans. / Just. Eng. Austral., 1989. 31. №3. - P. 142-148.

40. Голованов А.И. Расчёт трубчатых соединений как составных оболочек // Известия вузов. Авиационная техника. 1992. - №2. - с. 83-85.

41. Кузнецов В.В., Левяков C.B. // Строит, мех. и расчёт сооруж. 1992. -№1. - с. 10-14.

42. Анализ напряжений элементов рамной конструкции прицепа в эксплуатационных условиях. / Морозов Л.В., Фурсина А.Д. // Динам, и прочн. машин,-1991.-№52.-с. 127-132.

43. Расчёт металлоконструкций строительных и дорожных машин с учётом пластических деформаций / Лившиц В.Л., Михайлычев С.К. // Тр. ВНИИ строит, и дор. машиностр. 1991. -№119. - с. 14-22.

44. Автоматизирование оптимальное проектирование предварительно напряжённых металлических конструкций. / Ольков Я.Н., Пыткеев В.Т. // Межвуз. сб. научн. тр. Куйбыш. архит. строит, ин-та. - 1990. - №13. - с. 96-103.

45. Управление полями внутренних сил тонкостенных оболочечных систем сельхозмашин /М.В.Астахов// Вестник Моск. Гос. Техн. Ун-та. Сер. Машиностроение. 2000. - №4(41). - С.47-58. - ISSN 0236-3941.

46. Астахов М.В., Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук, КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва 2002. 355 с.

47. Теория автоматического управления. Учеб. для вузов в 2-х ч. ч. 1. Теория линейных систем автоматического управления / H.A. Бабаков, A.A. Воронов, A.A. Воронова и др.; Под общ. ред. A.A. Воронова. М.: Высш. шк., 1986.-367 с.

48. Астахов М.В., Дикарев В.В. К вопросу повышения надежности конструкции при циклически изменяющихся напряжениях // Труды МГТУ "Математическое моделирование сложных технических систем" М., 1995. -№566. - с. 3-10. - ISBN 5-7038-0801-4.

49. Беляев Н.М. Сопротивление материалов, М.: Гос. изд-во техн. - тео-ретич. литературы. - 1954. - 856 с.

50. А. с. 1217700 СССР, МКИ В60 РЗ/22. Автоцистерна / М.В. Астахов, Ю.М. Макутонин, И.И. Станиславчук (СССР). № 3804926/27-11; Заявлено 23.10.84; Опубл. 15.11.85, Бюл. № 10.-3 е.: ил.

51. А. с. 1475843 СССР, МКИ В60 Pl/28, В62 Д 21/00. Подъёмная платформа самосвального транспортного средства /М.В. Астахов, В.В. Дикарев

52. СССР). №4270894/30-11; Заявлено 27.04.87; Опубл. 30.04.89, Бюл.№ 16.-3 е.: ил.

53. Северный А.Э. и др. Справочник по хранению сельскохозяйственной техники / А.Э. Северный, А.Ф. Пацкалев, A.JI. Новиков. М.: Колос, 1984.-223 с.

54. Несущая способность и расчёт деталей машин на прочность. Руководство и справочное пособие / C.B. Серенсен, В.П. Качаев, P.M. Шнейде-рович; Под. ред. C.B. Серенсена. -М.: Машиностроение, 1975.-488 с.

55. Астахов М.В. Управление полями внутренних усилий ёмкости автокор-мовоза АСП-25 // Тез. докл. Всероссийск. научн. техн. конф. "Соц. эконом. пробл. упр-я пр-вом, созд. прогр. техн., констр. и систем в усл. рынка"-Калуга, 1997.-е. 191.

56. Астахов М.В. Экспериментальное исследование напряжённого состояния ёмкости автокормовоза АСП-25 // Известия вузов. Машиностроение. 1999. - № 4. - с. 37-41. - ISSN 0536-1044.

57. Металлические конструкции. Специальный курс. Учеб. пособие для вузов /Е.И. Беленя, H.H. Стрелецкий, Г.С. Веденников.; Под общ. ред. Е.И. Беленя. М.: Стройиздат, 1982, - 472 с.

58. Проектирование цилиндрической панели, нагруженной неравномерным давлением, с учётом устойчивости / М.В. Астахов // Вопросы проектирования и производства тонкостенных силовых конструкций: Сб. науч. тр. -Харьков, 1984.-е. 3-9.

59. Астахов М.В., Тюрин Е.А. Металлические конструкции, предварительно напряжённые затяжками // Материалы Всероссийской НТК "Прогр.технологии, констр. и системы в приборо- и машиностроении", Том 1, -М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003, с. 245 246.

60. Шишман Б.А. Статика сооружений. М.: Стройиздат, 1989. - 278 с.

61. Дарков A.B., Шапошников H.H. Строительная механика. М.: Высшая школа 1986.-310 с.

62. Снитко Н.К. Строительная механика. Изд. "высшая школа", Москва, 1972.-253 с.

63. Астахов М.В., Тюрин Е.А. К вопросу использования почти мгновенно изменяемых систем в управляемых затяжках // Труды МГТУ "Математическое моделирование сложных технических систем", №588. М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004, - с. 3-11.

64. Кан С.Н. Строительная механика оболочек. М.: Машиностроение, 1966. -514 с.

65. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. 5.: Из-во "Наука", Москва, 1970.-260 с.

66. Тимошенко С.П. Курс теории упругости. Киев: Наук, думка, 1972. -501 с.

67. Лессиг E.H., Лилеев А.Ф., Соколов А.Г. Листовые и металлические конструкции. М.: Стройиздат, 1970. - 320 с.

68. Сопротивление материалов. Учебн. для вузов / Г.С. Писаренко, В.А. Агарев, A.JI. Квитка и др.; Под. ред. Г.С. Писаренко. Киев.: Вища шк. 1986.-775 с.

69. Вахуркин В.М. Предварительное напряжение стальных конструкций (область применения и основные направления развития) Сб. тр./МИСИ им. В.В Куйбышева. М., 1962, № 43. Металлические конструкции.-420 с.

70. Астахов М.В., Тюрин Е.А. Новые квазимеханизмы управляемые затяжки // Труды МГТУ "Математическое моделирование сложных технических систем", №590. - М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005, - с. 10-18.

71. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1975. -638 с.

72. Астахов М.В., Тюрин Е.А. Исследование напряжённого состояния цилиндрической оболочки при её деформировании с помощью управляемых затяжек // Изв. вузов "Машиностроение". М., 2005. - №8. -с. 31-36.

73. Астахов М.В., Тюрин Е.А. Ёмкость автокормовоза, взаимодействующая с продольной управляемой затяжкой // Материалы Всероссийской НТК "Прогр. технологии, констр. и системы в приборо- и машиностроении", Том 1, М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005, с. 246.

74. Демидов С.П. Теория упругости. М.: Высшая школа 1979. - 465 с.

75. Вольмир A.C. Устойчивость деформируемых систем. -М.: Наука, 1967. 984 с.

76. Ван-Цзи-Де. Прикладная теория упругости. М.: Гос. изд-во физ - мат. лит-ры, 1959.-426 с.

77. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие в 3-х кн. Кн.1. / П.Н. Орлов. М.: Машиностроение, 1977. - 623 с.

78. Зенкевич О., Чанг И. Метод конечных элементов в теории сооружений и механике сплошных сред. М., 1974. 540 с.

79. Розин JI.A. Расчёт гидротехнических сооружений на ЭЦВМ. Метод конечных элементов. М., 1971. 385 с.

80. Справочник проектировщика. Металлические конструкции, изд. 2-е. Под ред. Н.П. Мельникова. М., 1980. 850 с.

81. ГОСТ 14249-80. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчёта на прочность. = Vessels and apparatuses. Norms and methods of stength calculation. Введ. 01.07.1980. M.: Изд-во стандартов, 1980. - 62c.: ил. УДК 66.023:539.4.: 006.354. Группа Г02. СССР.

82. Касаткин Б.С. Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений. К.: Наукова думка, 1981. - 245 с.

83. Ушдчиков А.Г., Длугач М.И., Степанов А.Е. Решение краевых задач плоской теории упругости на цифровых и аналоговых машинах. М., 1970.-420 с.

84. Астахов М.В., Тюрин Е.А. Теоретическое исследование нагружения однопролётной балки, при её совместной работе с управляемой затяжкой //

85. Материалы Всероссийской НТК "Наукоёмкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в ВУЗе", Том 1, М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006, с. 373.

86. Астахов М.В., Тюрин Е.А. Снижение материалоёмкости и повышение ресурса машин с помощью управляемых затяжек // "Тракторы и сельскохозяйственные машины" М., - 2007. - №6. - с. 32-33.134