Герук С.М., кандидат технических наук
Андреев А.А., кандидат физико-математических наук*
Пустовой С.В., аспирант
Житомирский национальный агроэкологический университет
* Подольский
государственный аграрно-технический университет
Динамические
свойства упругих консолей, работающих в почвообрабатывающих устройствах с
гибкими элементами.
«Лечение» экосистем является неизбежным следствием всяких
антропогенных воздействий на эти системы. Рельефным примером вышесказанного
может быть «эпоха» интенсификации сельскохозяйственного производства в бывшем
Советском Союзе. Внедряемые в это время новые технологии в научном аспекте были
малообоснованны [1], а результаты – в значительной мере идеологизированы
(частичная потеря объективности оценки результатов анализа или неполнота
анализа).
В земледелии интенсификация привела к довольно ощутимым
негативным последствиям, связанными с резким нарушением структуры почвы,
эрозионными процессами, неприемлимым для корневой системы растений изменением
микрофлоры. Одной из самых опасных причин, вызывающей негативные последствия в
почве, является ее металлизация. Резкое возрастание поступательных скоростей
почвообрабатывающих устройств, увеличение массы работающих органов приводят к
тому, что вследствие абразивного износа значительное количество железа в
нерастворимой форме остается в почве, причем количество в сотни раз превышают
микроэлементные дозы [2].
Лечение почвы включает, во-первых, само лечение –
комплекс мероприятий, который для почвенного случая довольно длительный во
времени. Понятно, что почва, как экологическая система имеет свойство
самовосстановления и этот факт также следует учитывать при ее «лечении».
Надежда на «самолечение» почв предполагает длительный отказ от возделывания
значительных территорий, что в современных условиях является совершенно
недопустимым. Следовательно, необходимо радикальным образом изменить взгляд как
на существующие технологии, так и на устройства, реализирующие эти технологии.
Характерной особенностью пассивных рабочих органов, осуществляющих статическое
давление на почву, является их значительная металлоемкость, из которой следует
сравнительно большая площадь контакта металла и почвы. Перспективными с этой
точки зрения являются высокочастотные вибрационные технологии, в которых низкая металлоемкость рабочих органов надежно
обеспечивает почву от дальнейшего возрастания концентрации железа. Рабочими
органами в этих технологиях чаще всего являются гибкие элементы,
самовозбуждение которых при их поступательном движении в почве позволяют
производить целый ряд необходимых почвообрабатывающих операций [3]. Несущими
для гибких элементов являются упругие консоли, которые как дополнительную
функцию могут выполнять роль ножей для нарезания направляющих щелей (при
использовании технологий типа «астраханских»)[4].
Так как колебательные процессы играют определяющую роль в
изучаемых почвообрабатывающих устройствах, совершенно необходимо исследовать
динамические свойства вертикальной упругой стойки под воздействием
периодического влияния (рисунок 1) гибкого элемента .
Рис. 1.
Расчетная схема
В выбранной системе координат Oxyz проекции силы равны:
;
; (1)
;
где - модуль внешней
периодической силы. Под влиянием этих сил стойка (в приближении закона Гука)
выполняет упругие колебания. Динамические уравнения этих колебаний поданы в (1)
[3]:
(1)
;
;
Здесь Iz, Iy – моменты
инерции поперечного сечения, S – площадь поперечного сечения (S
≈ ab), μ – погонный вес стержня, σ(x - l) –
ступенчатая функция Хевисайда, ω – основная частота колебаний
гибгого элемента [6]. Граничные условия для рассматриваемой проблемы (1) имеют
следующий вид (консоль):
(2)
Граничная задача (1 - 2) для вынужденных
поперечных колебаний определяется выражениями, которые следуют из уравнений для
главных координат:
;
;
(3)
Здесь pkz, pky – к-ые собственные
частоты
;
; k = 1, 2, … (4)
Здесь – обобщенная масса для
консоли [7].
(5)
γk = 0; 3,927; 7,069; …
Таким образом, амплитуды изгибов стержня определяются
следующими выражениями:
(6)
Резонансный характер (6) указывает на необходимость
тщательного рассмотрения как геометрии стояков, так подбора материала стойки, а
также требует рассмотрения более сложной задачи, связанной с учетом как
внутреннего трения, так и трения поверхности рабочего органа и почвы. Такой
учет не приводит к сингулярностям в (6), что является весьма важным для
продления срока службы стояка.
Литература:
1. Андреев А.А. Научное обеспечение внедрения
вибрационных технологий в земледелии // Вестник Винницкого СХИ, спецвыпуск.
Сб.труд. Симпозиума «Наука и предпринимательство». – Винница – Львов – Славск,
1999. – с.110-114.
2. Андреев А.А. Динамика процессов аккумуляции железа в
почве при длительном возденйствии элементов почвообрабатывающих устройств //
Materialy V Miedzynarodowej Naukowi-praktychnej konf. “Naukowa
przestrzen Europy – 2009”, v.18. – Przemysl. – 2009, p.18-20.
3. Андреев А.А. Самовозбуждение рабочих органов
почвообрабатывающих устройств при их движении в неоднородной среде // Сб.
трудов Межд. научн. конф. «Приборостроение – 2000», МГТУ им. Н.Э.Баумана,
Калуга – Симеиз. – 2000. – с.175-180.
4. Андреев А.А.,
Ревука В.С. Оптимизация параметров ножа для нарезания направляющих щелей // Сб.
научн. трудов «Совершенствование рабочих процессов с/х техники». – Кишинев. –
1989. – с.75-78
5. Бабаков И.М. Теория колебаний. М., Наука. – 1968. –
560с.
6. Андреев А.А., Федирко П.П., Куровский А.Н.
Теоретические исследования возможности применения гибких элементов для
реализщации высокочастотных вибрационных технологий в земледелии / Матер. за
Межд. науч. практ. конф. «Найновите научны постижения – 2009», т.20. – София. –
2009. – с.23-27.
7. Биберман В.П. Прикладная теория механических колебаний. – ысшая школа. – М.: 1972. – 417с.