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 I_z, I_y – 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 p_kz, p_ky – к-ые собственные частоты

; ; k = 1, 2, … (4)

Здесь – обобщенная масса для консоли [7].

(5)

γ_k = 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.