Константинов М.М. доктор технических наук, Галлиев Р.Э. , кандидат технических наук, Шишкин Д.В. инженер Оренбургский государственный аграрный университет, Нуралин Б.Н. кандидат технических наук, Западно-Казахстанский аграрно –технический университет (Уральск)

Обоснование угла установки направляющих салазок снегопаха

Снегозадержание стало немодным в эпоху влагосберегающих технологий. В настоящее время лишь небольшая часть хозяйств используют эту технологическую операцию. Однако установлено, что зимние осадки дают прибавку в 1,5…2,5 центнера с гектара, а в отдельные годы - от трех до пяти.
Первое снегозадержание проводится, когда средняя глубина снежного покрова достигла уровня 10…12 сантиметров, второе - по мере того, как первые валки перестают работать, и когда есть вероятность, что будут еще метели. Нужно отметить, что снежные валки, нарезанные слишком рано, в начальный период зимы, когда снег еще рыхлый, легко разрушаются. Для того чтобы снег задерживался, нужно создать шероховатую поверхность валка, а глыбы, возникающие в результате сгребания уплотнившегося снега и направленные на верх валка обеспечивают именно это условие. [1,2]

Таким образом, для эффективного формирования предлагается устанавливать направляющие салазки, чтобы иметь сверху валка глыбы

Направляющая салазки, установленные под углом _, воздействуя на снежный пласт оказывают на него силовое воздействие R. При этом на расстоянии l_б возникают напряжения, способствующие разлому пласта (рис1).

При моделировании следует учесть, что длина пласта является функцией от прочности снежного пласта, его толщины и угла установки направляющей салазки:

l_б = f (a_c, d_п , σ_сн), (1)

где d_п - толщина снежного пласта;

σ_сн — напряжение разрыва снежного пласта.

Рисунок 1 — Схема формирования снежного пласта

Для решения задачи определения длины отрываемого пласта, необходимо проанализировать деформированное состояние пласта.

Величина вертикальной составляющей R_в будет определяться следующим образом:

R_в = R ^. cos (a — 90) (2)

где R – результирующая сила клина снегопаха.

Проведем силовой анализ воздействия направляющей салазки на снежный пласт, который подвергается двум силовым нагрузкам:

- силовой воздействие от салазки Rс которое представлено двумя составляющими Rв и Rг ;

- воздействие обусловленное массой снежного пласта, которое представляет собой распределенную нагрузку q_сн .

Схема напряжений, возникающих в пласте, представлена на рисунке 2.

Вертикальная составляющая R_в обуславливает возникновение изгибающего момента M_r величина которого обуславливает напряжения в сечениях, приводящие на расстоянии х к разлому пласта.

Определим выражения, необходимые для определения параметров направляющих салазок и параметров снежного пласта.

Рисунок 2 Схема деформации снежного пласта

Из курса сопротивления материалов наибольшие растягивающие и сжимающие напряжения возникают в наиболее удаленных точках от нейтральной оси.

Зависимость напряжений от воздействующих сил и параметров балки определяется следующим образом:

σ_xmax = M / W_z (3)

где σ_{xmax —} напряжение;

M — изгибающий момент;

W_z — осевой момент сопротивления.

Напряжение в любой точке поперечного сечения балки определяется по следующей формуле:

σ_x = M / I_z

где I_z - осевой момент инерции поперечного сечения относительно оси z-z.

Поскольку снежный пласт можем представить как прямоугольную балку шириной b и высотой h запишем выражение для расчета осевого момента сопротивления:

(4)

Перепишем формулу для с учетом осевого момента инерции:

(5)

Тогда зависимость (3) примет следующий вид:

σ_x = 6 M / b h² (6)

Выразив изгибающий момент через силу (M = Rв l_б), где l_б — длина пласта, получим:

σ_x = 6 Rв l_б / b h² (7)

Следует отметить, что длина пласта определяется вертикальной составляющей R_в, которая в свою очередь зависит от угла установки направляющей салазки. Таким образом, на данном этапе теоретических исследований представляется возможность определить оптимальные параметры направляющих салазок, обеспечивающие наибольшую длину пласта.

Поскольку разлом пласта произойдет при превышении напряжения разрыва σ_max на расстоянии l_б от точки приложения силы, определим это расстояние:

(8)

Или с учетом угла установки направляющей салазки:

(9)

Полученная зависимость позволяет определить длину снежного пласта в зависимости от характеристик снежного покрова и приложенной силы, что поможет определить параметры дополнительных приспособлений для снегопаха.

ЛИТЕРАТУРА

1. Константинов М.М. и др Проблемы совершенствования механизированной технологии накопления зимних осадков. Сб. докладов международной научно-технической конференции, Труды Оренбургского регионального отделения Российской инженерной академии, Выпуск 6, Оренбург 2005 г.г., с.1-7

2. Константинов М.М., Галлиев Р.Э., Шишкин В.И. Рекомендации по накоплению снега на полях и рациональному использованию влаги при его таянии. Изд. МСХ Оренбургской области, Оренбург, 2006, 12с.