RU189314U1

RU189314U1 - Рама почвообрабатывающего орудия

Info

Publication number: RU189314U1
Application number: RU2019105935U
Authority: RU
Inventors: Игорь Александрович Григорьев; Андрей Николаевич Калачев; Игорь Иванович Терехин
Original assignee: Акционерное общество "Научно-исследовательский технологический институт им. П.И. Снегирева"
Priority date: 2019-03-04
Filing date: 2019-03-04
Publication date: 2019-05-21

Abstract

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к многокорпусным почвообрабатывающим орудиям, например плугам общего назначения или оборотным плугам. Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении эксплуатационной надежности и долговечности работы устройства за счет повышения жесткости несущего бруса и его сопротивляемости разнонаправленным изгибающим, вибрационным и динамическим нагрузкам. Решение технической задачи заключается в том, что в раме почвообрабатывающего орудия, содержащей несущий брус из трубчатого профиля с торцевыми пластинами и с креплениями для установки рабочих органов, внутри бруса размещен по меньшей мере один дополнительный брус, который с одного или обоих концов выступает за пределы торцевой пластины и снабжен прилегающим к пластине фиксаторами его осевого положения, рама снабжена приспособлением для обеспечения возможности растяжения дополнительного бруса, а полость несущего бруса заполнена бетоном, дополнительный брус по своей длине выполнен с рельефной наружной поверхностью и имеет непосредственный контакт с бетоном. Дополнительный брус может быть выполнен из прутка или проволоки периодического профиля, а также из витого каната. Торцевые пластины несущего бруса могут быть снабжены ребрами жесткости. Приспособление для обеспечения возможности растяжения бруса может быть выполнено в виде гидравлического или винтового домкратов. Приспособление для обеспечения возможности растяжения дополнительного бруса может быть снабжено жестко закрепленными упорами с фиксаторами положения дополнительного бруса. 5 з.п. ф-лы, 15 ил.

Description

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к почвообрабатывающим орудиям, например - многокорпусным плугам общего назначения или оборотым плугам для работы в различных почвенно-климатических условиях.

Известен аналог к предлагаемому техническому решению - рама почвообрабатывающего орудия, плуга навесного усиленного ПНУ-8х40, производства компании ОАО «Светлоградагромаш», информация о котором представлена в сети Интернет по адресу http://www.svetagromash.ru/plugi-navesnye/pny-8x40p.html, содержащая соединенные между брусья, на несущем брусе по его длине установлены кронштейны для крепления стоек плужных корпусов, жестко соединенные с брусом пластинами, расположенными на его верхней и нижней гранях, причем над несущим брусом размещен посредством стоек - стальных полос, дополнительный брус. Брусья выполнены из трубы прямоугольного сечения.

Недостатком аналога является невысокая жесткость рамы для работы под большими нагрузками. Соединяющие дополнительный брус и несущий брус стальные полосы обладают определенной жесткостью в основном только в плоскости, проходящей через диагональный и дополнительный брусья, однако в процессе вспашки почвы рама, особенно консольная часть (при ее наличии), испытывает изгибающие нагрузки в разных плоскостях, а также крутильные нагрузки, что приводит к деформациям рамы, снижает ее эксплуатационную надежность. Кроме того, наличие над диагональном брусом надстройки в виде дополнительного бруса и связей, делает конструкцию громоздкой, что ухудшает эксплуатационные качества, в процессе работы снижается стабильность положения корпусов плуга. Еще одним недостатком конструкции является то, что вся нагрузка от рабочих органов воспринимается диагональным брусом через кронштейны, а дополнительный брус воспринимает нагрузку опосредованно, через связи (полосы), что не обеспечивает раме плуга работу как единой жесткой конструкции.

Еще одним аналогом к предлагаемому техническому решению является рама почвообрабатывающего орудия - плуга (см. патент на полезную модель №174972 по кл. А01В 15/14), содержащая соединенные между собой в треугольник поперечный, продольный и диагональный брусья, один из которых, диагональный, является несущим и снабжен кронштейнами для крепления рабочих органов. Несущий брус выполнен трубчатого профиля, из квадратной трубы, снабжен кронштейнами для установки рабочих органов, а по его концам расположены торцевые пластины, причем вдоль несущего бруса на всю его длину размещен соединенный с ним дополнительный брус меньшего диаметра в виде коробчатой трубы, прикрепленный к несущему брусу стойками из отрезков швеллера.

Недостатком известного устройства является недостаточная, для работы на больших нагрузках, жесткость рамы. Во время работы плуга при вспашке сухих твердых почв по причине значительных величин реакции почвы происходит скручивание и изгибание несущего бруса, особенно его консольной части, в результате чего плуг становится неработоспособным. Это обусловлено тем, что нагрузки с плужных корпусов передаются сначала только на диагональный брус и только затем - на стойки, соединяющие его к дополнительному брусу. Соединяющие дополнительный брус и диагональный брус стойки обладают определенной жесткостью, но при наличии больших изгибающих и крутильных нагрузок на раму в процессе вспашки сухих и твердых почв этого оказывается недостаточным, деформации несущего бруса приводят к снижению стабильности положения корпусов плуга. Опыт эксплуатации данной рамы плуга показал, что в результате воздействия высоких изгибающих нагрузок на раму происходит отрыв стоек, соединяющих дополнительный брус с несущим.

Кроме того, у известного устройства усиление диагонального (несущего) бруса происходит лишь в одной плоскости, в которой располагается как несущий, так и дополнительный брус, при том, что изгибающие нагрузки, воздействующие на раму плуга, в основном на несущий брус, действуют в разных направлениях. Таким образом, в известном устройстве не обеспечивается сопротивляемость нагрузкам во всех направлениях, то есть не обеспечивается равнопрочность сечения несущего бруса рамы.

Недостатком конструкции является также ее громоздкость, выражающаяся в надстройке над несущим брусом, в виде дополнительного бруса и ряда стоек, сложность транспортирования из-за увеличения габаритов, а также ухудшение внешнего вида устройства.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является рама почвообрабатывающего орудия (см. патент на полезную модель №187016 «Рама плуга», МПК А01В 15/14), содержащая несущий брус из трубчатого профиля с торцевыми пластинами и с креплениями для установки рабочих органов, внутри бруса размещен по меньшей мере один дополнительный брус, который с одного или с обоих концов выступает за пределы торцевой пластины и снабжен прилегающим к пластине фиксаторами его осевого положения, причем рама снабжена приспособлением для обеспечения возможности растяжения дополнительного бруса, а полость несущего бруса заполнена отверждающейся массой, например бетоном. В данном устройстве приспособление для обеспечения возможности растяжения дополнительного бруса выполнено в виде источника тепловой энергии, в частности -сварочного трансформатора, который подсоединяют к концам дополнительного бруса. При подаче электрического тока, за счет большого электрического сопротивления материала бруса, выполненного из стали, происходит его разогрев до температуры 200-400°С. и в результате термического расширения материала бруса происходит его линейное удлинение. В разогретом (удлиненном) состоянии дополнительного бруса его положение фиксируют к торцевым пластинам несущего бруса посредством любого типа зажима, например болтового или, например, при помощи сварки. После остывания дополнительного бруса за счет сил термического сжатия происходит передача сжимающего усилия от дополнительного бруса через торцевые пластины на несущий брус и на отвердевший бетон, который заполняет несущий брус, и система: несущий брус – бетон - дополнительный брус приходят в состояние предварительного напряжения, что обеспечивает повышенную сопротивляемость изгибающим, сжимающим и ударным нагрузкам, которые воздействуют на раму почвообрабатывающего орудия в процессе ее эксплуатации.

Однако данное устройство имеет недостаток, заключающийся в том, что эффективность предварительного напряжения несущего бруса рамы почвообрабатывающего орудия и все связанные с этим технико-экономические преимущества (по сравнению с другими известными устройствами) обеспечиваются только лишь креплением концов растянутого, и находящегося в напряженном состоянии дополнительного бруса к торцевым пластинам несущего бруса. В процессе эксплуатации устройства в результате чрезмерного, интенсивного и длительного внешнего силового воздействия на раму может произойти обрыв концевого крепления или ослабление растяжения бруса, учитывая, что величина напряжения бруса может составлять значительную величину - десятки тонн. А так как по своей длине дополнительный брус никак не связан с несущим брусом, такой обрыв или ослабление растяжения приведет к некоторому снижению работоспособности устройства по сравнению с исходными техническими характеристиками до уровня обычных, не усиленных рам почвообрабатывающих орудий. Кроме того стальной дополнительный брус, находящийся внутри несущего, подвержен коррозионному воздействию, так как рама почвообрабатывающего орудия эксплуатируется в любых климатических условиях, в т.ч. в условиях повышенной влажности.

Для повышения надежности работы рамы почвообрабатывающего орудия на протяжении длительного срока эксплуатации, необходимо исключить снятие или существенное снижение напряженного состояние несущего бруса, так как только преднапряженное состояние несущего бруса сохранит его устойчивость ко всем видам внешних нагрузок и во всех направлениях. Кроме того необходимо обеспечить защищенность дополнительного бруса от воздействия факторов, вызывающих коррозию металла.

Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении эксплуатационной надежности рамы почвообрабатывающего орудия за счет того, что несущий брус рамы, который принимает на себя все основные нагрузки, воздействующие на устройство в процессе эксплуатации, образует с дополнительным брусом и заполняющим несущий брус бетоном единый монолитный высокопрочный элемент, который сохраняет жесткость и работоспособность при всех видах силовых воздействий на устройство и в любых почвенно-климатических условиях эксплуатации.

Это достигается тем, что в раме почвообрабатывающего орудия, содержащей несущий брус из трубчатого профиля с торцевыми пластинами и с креплениями для установки рабочих органов, внутри бруса размещен по меньшей мере один дополнительный брус, который с одного или с обоих концов выступает за пределы торцевых пластин и снабжен прилегающими к пластинам фиксаторами его осевого положения, причем рама снабжена приспособлением для обеспечения возможности растяжения дополнительного бруса, а полость несущего бруса заполнена бетоном, дополнительный брус по своей длине выполнен с рельефной поверхностью и имеет непосредственный контакт с бетоном.

Дополнительный брус может быть выполнен из прутка или проволоки периодического профиля.

Дополнительный брус может быть выполнен из витого каната.

Торцевые пластины могут быть выполнены с ребрами жесткости.

Приспособление для обеспечения возможности растяжения бруса может быть выполнено в виде гидравлического или винтового домкратов;

Приспособление для обеспечения возможности растяжения бруса может быть снабжено жестко закрепленными упорами с фиксаторами положения дополнительного бруса.

Суть предложения заключается в следующем:

- сохранение предварительно - напряженного состояния системы: несущий брус - бетон - дополнительный брус в известном устройстве (прототипе) обеспечивается лишь тогда, когда концы бруса находящегося в растянутом состоянии, надежно зафиксированы на торцевых пластинах несущего бруса. Причем это требование не зависит от того, каким способом было достигнуто растяжение бруса: путем использования сил термического расширения дополнительного бруса при его нагревании или растягивании дополнительного бруса механическим способом, посредством гидравлического или винтового домкратов.

- в предлагаемом же устройстве передача усилия сжатия предварительно растянутого дополнительного бруса происходит не только через торцевые пластины на несущий брус, но и через торцевые пластины на отвердевший бетон, а также - через всю рельефную поверхность дополнительного бруса.

- однако передача усилия сжатия на бетон со стороны дополнительного бруса возможна лишь тогда когда, брус обладает анкерующей способностью, что достигается выполнение бруса с рельефной поверхностью, то есть наличием на поверхности дополнительного бруса выступающих элементов или углублений, а также, если дополнительный брус имеет непосредственный контакт с бетоном - после того, как бетон отверждается, благодаря сцеплению поверхности дополнительного бруса с бетоном, происходит его анкеровка в бетоне за счет рельефной поверхности бруса. Брус не может сдвигаться в осевом направлении, так как отвердевший бетон заполняет все углубления на поверхности бруса и препятствует сдвижке бруса. Выдернуть такой брус из отвердевшего бетона невозможно без разрушения несущего бруса и рамы в целом. При анкеровке дополнительного бруса в бетоне крепление концов дополнительного бруса к торцевым пластинам может сохраняться.

- в случае обрыва или ослабления крепления дополнительного бруса к торцевым пластинам, усилия сжатия от предварительно растянутого и стремящегося сократиться в осевом направлении бруса передается, за счет сцепления и анкеровки бруса, на бетон и работоспособность устройства сохраняется на прежнем уровне.

- дополнительный брус с рельефной наружной поверхности может быть выполнен из промышленно выпускаемой стержневой или проволочной арматуру периодического профиля с рифленой поверхностью, а также из витого каната, который обладает хорошими анкерующими свойствами за счет волнистости своей поверхности. Если же использовать дополнительный брус с гладкой поверхностью, то вследствие незначительной анкеровки поверхности дополнительного бруса в бетоне, учитывая значительные величины напряжений в дополнительном брусе, может произойти, в случае его обрыва в месте крепления к торцевым пластинам, сжатие бруса, сопровождаемое нарушением, срывом, сцепления по всей поверхности контакта, то есть потерей предварительного напряжения.

- выполнение торцевых пластин с ребрами жесткости исключает или снижает возможность деформации торцевых пластин от действующих на них усилий сжатия от закрепленных на них концов предварительно растянутого дополнительного бруса до заполнения полости несущего бруса бетоном. После заполнения несущего бруса бетонной смесью и отверждения бетона это напряжение передается на бетон и деформации торцевых пластин исключены в принципе, однако до отверждения бетона деформации торцевых пластин нежелательны, так как приводят к снижению величины предварительного напряжения несущего бруса. Если на торцевых пластинах отсутствуют ребра жесткости и пластины недостаточно жесткие, то при создании в брусе напряжения и его передаче на торцевые пластины придется контролировать деформацию пластин и с помощью домкратов (или электротермическим способом) доводить напряжение в дополнительном брусе до необходимой величины. Если же торцевые пластины усилить ребрами жесткости, которые могут быть выполнены как с наружной стороны, так и с внутренней стороны несущего бруса (что даже более желательно, так как не мешают размещению фиксаторов на торцевой пластине), то дополнительных процедур по корректировке напряжения в брусе можно избежать.

- приспособление для обеспечения возможности растяжения дополнительного бруса может быть выполнено как в прототипе, в виде приспособления для обеспечения возможности нагрева бруса, в качестве которого может быть использован, например, сварочный трансформатор, к которому подсоединены концы бруса. В этом случае происходит электротермический нагрев дополнительного бруса и его удлинение в результате термического расширения материала бруса. Это решение имеет положительные и отрицательные стороны, в т.ч. требует существенных затрат электроэнергии и выполнения особых мер безопасности. Для расширения арсенала средств, позволяющих создать предварительное напряжение в несущем брусе, предлагается использовать в качестве приспособления для возможности растяжения дополнительного бруса гидравлический или винтовой домкраты. Гидравлический и винтовой домкраты обеспечивают требуемую величину растяжения стального рифленого прутка или проволоки периодического профиля, а также витого каната. При этом механические свойства растянутого прутка, проволоки или каната выполненные из стали, аналогичны свойствам термически растянутых элементов. В них также, после растяжения, возникают упругие силы сжатия, направленные на возврат к исходному положению и первоначальной длине, причем возникающие в них усилия сжатия идентичны по величине усилиям термического сжатия, что позволяет использовать растяжение стальных прутков, проволоки или канатов для создания предварительного напряжения несущего бруса. Эти усилия сжатия составляют значительную величину и приводят несущий брус в преднапряженно-сжатое состояние. В результате этого сопротивляемость несущего бруса изгибающим нагрузкам увеличивается пропорционально силам обжатия бруса от напряжения дополнительного бруса, жестко соединенного с несущим брусом по его торцам.

- снабжение приспособлений для обеспечения возможности растяжения дополнительного бруса жестко закрепленными упорами, снабженными фиксаторами положения дополнительного бруса, предназначено для несущего бруса, изготовленных из тонкостенного трубчатого профиля. Использование тонкостенного трубчатого профиля позволяет существенно экономить материальные ресурсы. В предлагаемой раме почвообрабатывающего орудия, в которой несущий брус заполняется бетоном, имеющим непосредственный контакт с поверхностью предварительно напряженного дополнительного бруса, можно существенно снизить металлоемкость несущего бруса за счет уменьшения толщины стенки трубчатого профиля, так как его несущая способность определяется уже не столько толщиной металла несущего бруса, сколько совместной работой бетона и заанкерованного в бетоне преднапряженного дополнительного бруса. Если всю нагрузку от предварительно растянутого дополнительного бруса сразу передать на торцевые пластины несущего тонкостенного бруса, до заполнения и отверждения бетона, то может произойти его деформация от значительного осевого давления сжимающегося дополнительного бруса. Поэтому в случае использования для изготовления несущего бруса тонкостенного трубчатого профиля (с толщиной стенки менее 6 мм), желательно предварительно концы растянутого дополнительного бруса временно закрепить на жестко установленных упорах, воспринимающих на себя усилия сжатия. После же отверждения бетона, концы дополнительного бруса при помощи фиксаторов крепятся к торцевым пластинам несущего бруса с передачей усилий сжатия на бетон и на несущий брус как через торцевые пластины, так и через поверхность заанкерованного дополнительного бруса. Причем если даже в процессе эксплуатации фиксаторы дополнительного бруса по той или иной причине будут сломаны или срезаны, то усилия сжатия будут передаваться на бетон за счет анкеровки дополнительного бруса в теле бетона и работоспособность устройства сохранится.

- в процессе работы рамы почвообрабатывающего орудия, действующие на несущий брус внешние нагрузки должны вначале превысить созданные в брусе предварительное напряжение, и уже после этого начинают оказывать деформирующее действие на несущий брус. Это существенно увеличивает сопротивляемость рамы деформирующим нагрузкам и повышает эксплуатационную надежность устройства.

- заполнение несущего бруса высокопрочным бетоном (марки не ниже М500), имеющим непосредственный контакт с дополнительным брусом обеспечивают дополнительному брусу неизменное осевое расположение внутри несущего бруса (а при выполнении его из нескольких прутков или проволок - четкое параллельное осевое расположение внутри несущего бруса), что чрезвычайно важно, так как любая деформации несущего бруса в процессе эксплуатации рамы почвообрабатывающего орудия предполагает увеличение траектории дополнительного бруса, т.е. увеличения ее длины, но этому препятствует заранее созданное осевого растяжения этих элементов и напряжение сжатия, направленное на сокращение длины дополнительного бруса. Поэтому внешние эксплуатационные воздействия на несущий брус могут привести к его деформации только в том случае, если:

- если вначале превысят (выберут) созданные в брусе напряжения сжатия,

-после чего превысят расчетные прочностные параметры несущего бруса.

- заполнение несущего бруса бетоном обеспечивает также, за счет хорошей адгезии бетона и металла, совместную работу несущего бруса с заполняющим его бетоном. Учитывая, что бетон обладает высокой прочностью на сжатие, а несущий брус хорошо работает на растяжение, то совместная их работа, даже без учета напряженного дополнительного бруса, увеличивает жесткость и прочность рамы почвообрабатывающего орудия. С учетом же предварительного напряжения дополнительного бруса, усилия от которого передаются на бетон как через торцевые пластины, так и по всей длине прутков, проволоки и каната, имеющих за счет рельефной поверхности дополнительную анкеровку в теле бетона, которая препятствует изгибу, растяжению и трещинообразованию бетона, прочностные характеристики системы: несущий брус+ напряженный дополнительный брус+ бетон позволяют раме почвообрабатывающего орудия работать при воздействии больших нагрузок в любых почвенно-климатических условиях эксплуатации.

- необходимо отметить также, что после заполнения несущего бруса текучей бетонной смесью, его созревание и затвердевание происходит в замкнутом объеме бруса. А в таких условиях проявляется эффект некоторого расширения бетона в процессе отверждения, а также повышения его прочностных характеристик, что еще в большей степени увеличивает обжатие дополнительного бруса и усиливает адгезию с внутренней поверхностью несущего бруса.

- заполнение несущего бруса бетоном, имеющим непосредственный контакт с поверхностью дополнительного бруса по всей его поверхности, повышает надежность работы устройства также за счет того, что исключаются условия для коррозии стального дополнительного бруса, находящегося в теле бетона, при любых почвенно-климатических условиях работы рамы почвообрабатывающего орудия, так как дополнительный брус надежно защищен бетоном.

Для выполнения предварительно напряженного дополнительного бруса из в прутка или проволоки может быть использована высокопрочная упругая строительная арматура класса Ат-800, Ат-1000, а также может быть использована сталь классов А-600, А-800, А-1000, а в качестве витого каната возможно использован канат класса К-7.

На фиг. 1 изображен вид рамы сверху.

На фиг. 2 схематично изображен несущий брус, в момент растяжения дополнительного бруса приспособлениями для обеспечения возможности его растяжения, выполненными в виде гидравлического или винтового домкратов;

На фиг. 3 схематично изображен несущий брус, с растянутым дополнительным брусом, после заполнения его полости бетонной смесью и отверждения бетона;

На фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6 схематично показано изготовление тонкостенного несущего бруса с использованием жестко закрепленных упоров, при использовании в качестве приспособления для обеспечения возможности растяжения дополнительного бруса источника тока, преимущественно сварочного трансформатора, подсоединенного к концам бруса: в момент растяжения дополнительного бруса (фиг. 4.), в момент заполнения несущего бруса бетонной смесью (фиг. 5) и после отверждения бетона (фиг. 6).

На фиг. 7 показан несущий брус в продольном разрезе, с выполнение дополнительного бруса из одиночного прутка периодического профиля;

На фиг. 8- изображен вид А-А по фиг. 5;

На фиг. 9 показан несущий брус в продольном разрезе с выполнением дополнительного бруса из нескольких рифленых проволок периодического профиля;

На фиг. 10 изображен вид Б-Б по фиг. 7;

На фиг. 11 показан несущий брус в продольном разрезе с выполнением дополнительного бруса из витого каната;

На фиг. 12 изображен вид В-В по фиг. 9;

На фиг. 13 изображена торцевая пластина, установленная на несущем брусе и выполненная с ребрами жесткости;

На фиг. 14 изображен вид Г-Г по фиг. 13.

На фиг. 15 изображен вид Д-Д по фиг. 13.

Рама почвообрабатывающего орудия (см. фиг. 1) содержит соединенные между собой в треугольник поперечный 1, продольный 2 и диагональный, несущий 3 брус из трубчатого прямоугольного профиля. На поперечный брус 1 приварены кронштейны 4 для крепления рамы плуга к зацепному устройству трактора (не показан на чертеже). Диагональный, несущий брус 3 может иметь (как один из возможных вариантов исполнения конструкции) в задней части консольный участок 5. На несущем брусе 3 установлены кронштейны 6 для крепления рабочих органов, например - стоек плужных корпусов. Кронштейны 6 соединены пластинами 7, расположенными на верхней и нижней гранях диагонального бруса 3. По концам несущего бруса установлены торцевые пластины 8. На верхней грани несущего бруса 3 выполнен временный люк 9 для подачи в полость бруса 3 бетонной смеси 10.

Внутри несущего бруса 3 (см. фиг. 2) размещен дополнительный брус 11, который с обоих концов бруса 3 выходит, через сквозные отверстия 12 за пределы торцевых пластин 8, и снабжен фиксаторами 13 осевого положения бруса 11, выполненных в виде зажимов, например клинового типа, прилегающих к торцевым пластинам 8.

Рама почвообрабатывающего орудия снабжена приспособлением для обеспечения возможности растяжения дополнительного бруса 3, выполненного в виде гидравлического или винтового домкрата 14 или источника электрического тока, например сварочного трансформатора 15.

Торцевые пластины 8 выполнены с ребрами жесткости 16, расположенными с внутренней и/или наружной стороны несущего бруса 3.

Приспособление для обеспечения возможности растяжения дополнительного бруса 3, выполненное в виде домкратов 14 или источника тока - сварочного трансформатора 15, снабжено жестко закрепленными упорами 17 с фиксаторами положения дополнительного бруса 18.

Дополнительный брус 11 выполнен с рельефной наружной поверхностью и имеет непосредственный контакт с бетонной смесью 10.

Рельефная поверхность обеспечивается тем, то дополнительный брус 11 выполнен в виде прутка (см. фиг. 7 и фиг. 8) или проволоки (см. фиг. 9 и фиг. 10) периодического профиля, то есть с выступами на поверхности, а также из витого каната (см. фиг. 11 и фиг. 12), в котором рельефность создается углублениями между проволок, скрученных по винтовой линии вокруг сердечника - центральной проволоки.

Пример осуществления устройства

Несущий брус 3 выполнен из трубчатого профиля квадратного сечения со стороной 16×16 см и толщиной стенки 8 мм. Дополнительный брус 9 выполнен из прутка круглого сечения периодического профиля (арматуры) класса Ат-800, с наружным номинальным диаметром 25 мм. Площадь сечения дополнительного бруса по металлу равна 4,9 см².

Рассмотрим, какое усилие сжатия возникает в дополнительном брусе 11 после его нагрева, фиксации концов и последующего охлаждения, которое передается на торцы несущего бруса 3, заполненного бетоном, через торцевые пластины 8 и рифленую поверхность заанкерованного в бетоне дополнительного бруса 11.

Усилие термического сжатия, возникающие при остывании дополнительного бруса 11 и передаваемые на торцы жестко закрепленных упоров17 или на торцы заполненного бетоном 10 несущего бруса 3, определим по закону Гука, согласно которому температурные напряжения пропорциональны величине несостоявшегося температурного укорочения дополнительного бруса 11. Продольная сила, сжимающая дополнительный брус 11 и передающая сжимающее усилие на несущий брус 3 определяется по формуле:

P=a×E×F×(T₂-T₁),

где Р - сила сжатия несущего бруса;

а - коэффициент линейного расширения стали, равный 0,0000125;

Е - модуль упругости стали, равный 2000000 кгс/см²;

F - площадь сечения дополнительного бруса, равная 4,9 см^2;

T₁ - начальная температура бруса, равная 20°.

Т₂ - температура нагрева внутреннего бруса, равная 200°.

Р=0,0000125×2000000×4,9×180=22000 кг или 22,0 тонны.

Расчетная величина показывает, что с силой 22,0 тонны дополнительный брус 11 в виде высокопрочного арматурного прутка периодического профиля диаметром 25 мм, давит через фиксаторы 18 на упоры 17 или через торцевые пластины 8 на несущий брус. 3.

После растяжения несущего бруса и передачи напряжения сжатия на жестко установленные упоры 17, с закреплением концов бруса 11 фиксаторами 18, или с передачей напряжения сжатия непосредственно на торцевые пластины 8, усиленные ребрами жесткости 16, с закреплением концов бруса фиксаторами 13, полость несущего бруса 3 заполняем или готовой заводской бетонной смесью или смесью, приготовленной непосредственно на месте производства рам.

При изготовлении бетона на месте, для получения высокопрочного бетона марки М600 (класс В50) используем следующие компоненты:

- портландцемент марки М500 по ГОСТ 31108-2003;

-песок промытый и просеянный с размером частиц не более 3 мм по ГОСТ 22551-77, не содержащий примесей и загрязнений;

- мелкозернистый гранитный щебень фракции 5-10 мм, просеянный и промытый;

- вода обычная, водопроводная.

- можно также использовать химическую добавку- пластификатор С-3, улучшающие подвижность, текучесть и пластичность готовой смеси. Добавка С-3 должна быть по ГОСТ 24211-2003.

Пропорции компонентов для изготовления бетонной смеси следующие (на один брус, то есть на 0,1 м³) в литрах или кг:

- вода	- 18 литров;
- цемент	- 30 кг;

- песок

- 60 кг;

- щебень

- 140 кг;

- если добавляется пластификатор С-3, то его количество составляет 0,8% от массы цемента.

Последовательность действий при приготовлении бетона следующая:

1. Устанавливается переносная бетономешалка объемом барабана 130 литров, например марки PRORAB ЕСМ 130, с мощным электродвигателем 1.8 кВт. Объема 130 литров достаточно для изготовления бетонной смеси на один несущий брус.

2. Загружают компоненты смеси (без воды) в бетономешалку. Тщательно перемешивают в течение 3-5 минут, после этого постепенно добавляют воду с пластификатором С-3 и перемешивают 5 минут.

3. Готовую жидкую бетонную смесь заливают через временный люк 9 в полость горизонтально установленного несущего бруса 3.

Дополнительно брус можно провибрировать, установив на верхнюю грань несущего бруса 3 на несколько минут плоскую строительную виброрейку. Это обеспечит более полное и плотное заполнение полости бруса.

4. После полного заполнения бруса 3 бетоном, временный люк 9 заваривают, брус 3 оставляют до набора проектной прочности. Нормативную (или проектную) прочность бетон набирает в течение 28 суток. Однако уже на 12-15 сутки бетон набирает 60-70% проектной прочности и несущий брус можно устанавливать на стенд для соединения с другими брусьями с образованием рамы, для крепления кронштейнов 6 и установки другой оснастки. Если дополнительный брус 11 закреплен на жестких упорах 17, то после набора бетоном прочности с величиной 60-70% от проектной, дополнительный брус 11 можно закрепить фиксаторами 13 к торцевым пластинам 8 и открепить от фиксаторов 18 упоров 17.

Полученный после набора прочности бетон обладает следующими характеристиками:

1. Плотность - 2400 кг/м3.

2. Прочность на сжатие - не менее 600 кг/см2 (60 Мпа), что соответствует марки бетона М600 или классу В 50;

3. Модуль упругости - 1,9×10⁴ МПа.

После отверждания бетона 10 усилия сжатия дополнительного бруса 11 передаются на бетон и несущий брус 3 через торцевые пластины 8 и через рельефную поверхность заанкерованного дополнительного бруса 11, тем самым создавая предварительное напряжение в системе: несущий брус- бетон- дополнительный брус. Разумеется, реальные значения усилий сжатия будут несколько меньше выше указанных расчетных (22 т), так как имеются как тепловые потери, так и потери вследствие деформации в местах фиксации концов дополнительного бруса в упорах или на торцевых пластинах, однако на практике эти потери при необходимости можно компенсировать увеличением диаметра прутка периодического профиля, количеством прутков или проволок, так и увеличением температуры нагрева.

Повышение эксплуатационной надежности рамы почвообрабатывающего орудия за счет повышения жесткости несущего бруса 3 обусловлено не только размещением в его полости напрягаемого дополнительного бруса 11, с последующим заполнением полости несущего бруса бетоном 10, что само по себе достаточно эффективно, но и тем, что за счет хорошего сцепления (адгезии) бетона с металлом несущего бруса и анкеровки рифленого бруса 11 с бетоном 10 по всей его поверхности, проявляется синергетический эффект от совместной работы всех элементов, образуется единая монолитная конструкция, обеспечивающая их эффективную работу по сопротивлению воздействия внешней нагрузки от рабочих органов почвообрабатывающего орудия, так как любые нагрузки на несущий брус 3 одномоментно будут восприниматься и высокопрочным дополнительным внутренним брусом 11 и высокопрочным бетоном 10.

При применении в качестве приспособления для обеспечения возможности растяжения дополнительного бруса гидравлического или винтового домкратов 14 достигается аналогичный результат, как и при использовании сварочного трансформатора 15.

В качестве винтовых домкратов могут быть использованы доступные на рынке модели: винтовые домкраты серии MA, SJ (см. www.servomh.ru. Винтовые домкраты и подъемные системы), рассчитанные на создание усилия до 1000 кН, то есть до 100 тонн, что более чем достаточно для растяжения несущего бруса.

В качестве гидравлических домкратов могут быть применены домкраты компании «Энергопром» типа ДП-НК1525Г150/1Е, создающие усилие растяжения около 25 тонн, и другие модификации с усилиями до 100 тонн.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о том, что при реализации полезной модели поставленная задача - повышение эксплуатационной надежности работы рамы почвообрабатывающего орудия за счет предварительного напряжения системы: несущий брус- бетон- напрягаемый дополнительный брус, в том числе благодаря анкеровки дополнительного бруса в бетоне, решена, а заявленный технический результат- повышение устойчивости к внешнему силовому воздействию на несущий брус и, как следствие, обеспечение надежности и долговечности работы устройства - достигнут.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле полезной модели признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники и достаточной для получения заявленного технического результата.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к области сельскохозяйственного машиностроения и предназначен для использования в качестве силовых рам почвообрабатывающей техники, например плугов, в т.ч. оборотных.

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке и известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость», согласно существующим в законодательстве требованиям.

Claims

1. Рама почвообрабатывающего орудия, содержащая несущий брус из трубчатого профиля с торцевыми пластинами и с креплениями для установки рабочих органов, внутри бруса размещен по меньшей мере один дополнительный брус, который с одного или с обоих концов выступает за пределы торцевых пластин и снабжен прилегающими к пластине фиксаторами его осевого положения, причем рама снабжена приспособлением для обеспечения возможности растяжения дополнительного бруса, а полость несущего бруса заполнена бетоном, отличающаяся тем, что дополнительный брус по всей длине выполнен с рельефной поверхностью и имеет непосредственный контакт с бетоном.

2. Рама почвообрабатывающего орудия по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительный брус выполнен из прутка или проволоки периодического профиля.

3. Рама почвообрабатывающего орудия по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительный брус выполнен из витого каната.

4. Рама почвообрабатывающего орудия по п. 1, отличающаяся тем, что торцевые пластины выполнены с ребрами жесткости.

5. Рама почвообрабатывающего орудия по п. 1, отличающаяся тем, что приспособление для обеспечения возможности растяжения бруса выполнено в виде гидравлического или винтового домкратов.

6. Рама почвообрабатывающего орудия по п. 1, отличающаяся тем, что приспособление для обеспечения возможности растяжения бруса снабжено жестко установленными упорами с фиксаторами положения дополнительного бруса.