ON THE BEARING CAPACITY OF THE BPC-12 CULTIVATOR FRAME
Authors: Дородов П.В. , Хакимов И.Т. 
Published: January 2024

Повышение несущей способности конструктивных элементов рамы почвообрабатывающей машины является актуальной проблемой механизации сельскохозяйственного производства. Целью работы является теоретическое исследование прочности наиболее нагруженных конструктивных элементов рамы культиватора. Для достижения поставленной цели были рассчитаны эксплуатационные нагрузки на раму, возникающие от сопротивления движению культиватора; рассчитаны на прочность элементы конструкции, которые потеряли несущую способность в виде появления значительной остаточной деформации и вязкого разрушения; дана оценка надежности конструкции при различных условиях эксплуатации культиватора. Одним из наиболее эффективных численных методов для расчета деталей машин является метод конечных элементов. Однако адекватность решения данного метода существенно зависит от правильности задавания граничных условий, исходя из экспериментов или интуитивного подхода. Неправильный подбор граничных условий приводит к существенному отклонению теоретического решения от реального напряженно-деформированного состояния элемента конструкции. Аналитические методы по-прежнему находят широкое применение, однако, в случае статически неопределимых конструкций их также можно свести к системам алгебраических уравнений, решить которые можно при помощи любого аналитического пакета программ. Таким образом, уточнение существующих методик расчета узлов является актуальной задачей при проектировании и модернизации сельскохозяйственных машин. Все рассчитываемые балки, ригели и полурама культиватора являются статически неопределимыми конструкциями. Для раскрытия статической неопределимости использовались энергетические методы: применение уравнения трех моментов для смежных пролетов балок и метод Кастельяно для опорных сечений полурамы. Расчеты показали, что при нормальных условиях эксплуатации культиватора размеры поперечных сечений элементов рамы обеспечивают его работу с запасом прочности, превышающим нормативный в 1,1…1,3 раза. Разрушение элементов рамы и их сопряжений связано с перераспределением внешних сил между ними вследствие потери несущей способности основной поперечной балки полурамы из-за интенсивного динамического нагружения, а также неправильной транспортировки культиватора.

Increasing the bearing capacity of the structural elements of the tillage machine frame is an urgent problem of agricultural production engineering. The purpose of the work is a theoretical study of the strength of the most loaded structural elements of the cultivator frame. To achieve this goal, the operational loads on the frame due to the resistance to the movement of the cultivator were calculated; the structural elements that lost their bearing capacity in the form of significant residual deformation and viscous destruction were calculated for strength; an assessment of the reliability of the design under various operating conditions of the cultivator was given. One of the most effective numerical methods for calculating machine parts is the finite elements method. However, the adequacy of the solution of this method significantly depends on the correctness of setting the boundary conditions, based on experiments or an intuitive approach. Incorrect selection of boundary conditions leads to a significant deviation of the theoretical solution from the real stress-strain state of the structural element. Analytical methods are still widely used, however, in the case of statically indeterminate constructions, they can also be solved as systems of algebraic equations, which can be solved using any analytical software package. Thus, the refinement of the existing methods of calculating units is an urgent task in the design and modernization of agricultural machines. All the calculated beams, crossbars and half-frames of the cultivator are statically indeterminate structures. To reveal the static uncertainty the following energy methods were used: the equation of three moments for adjacent spans of beams and the Castellano method for supporting half-frame sections. Calculations have shown that under normal operating conditions of the cultivator, the dimensions of the cross-sections of the frame elements ensure its operation with a margin of safety exceeding the standard by 1.1...1.3 times. The destruction of the frame elements and their interfaces is associated with the redistribution of external forces between them due to the loss of the bearing capacity of the main transverse beam of the half-frame because of intensive dynamic loading, as well as improper transportation of the cultivator.