Optimisation of structural parameters of rotary tillage units to increase the stability of operation under the influence of variable loads

Abstract

The study was conducted to increase the stability of rotary tillage units by optimising their structural parameters considering variable loads. It was revealed that the stability of rotary tillage units under the influence of variable loads depends on such design parameters as the geometry and material of working bodies, the introduction of vibration-proof elements. It was determined that the optimal angle of attack (from 20 to 30 degrees) of the working bodies reduces the resistance of the ground, which, in turn, contributes to an even distribution of loads on the working elements of the unit. Changing the radius of curvature of the working elements reduces the stress concentration, which increases the durability of the working elements and reduces their wear during operation. Analysis of the mechanical properties of materials has shown that the use of special alloy steels containing chromium and manganese increases the wear resistance of the working bodies of units, reduces the frequency of maintenance, and extends the service life. The introduction of rubber shock absorbers in the design of attachment points helped to reduce the amplitude of vibrations and thus improve the stability of the unit during tillage. Analysis of the operation of the upgraded units showed an increase in productivity and a reduction in fuel consumption. Improving the quality of tillage was achieved by evenly distributing the depth of cultivation and reducing the level of soil compaction, which has a positive effect on the growing conditions of agricultural crops. Therefore, optimisation of the design parameters of rotary tillage units will increase their resistance to variable loads, reduce operating costs, increase operational efficiency, and ensure long-term and energy-efficient operation in complex geological processes.

-

Дослідження проведено для підвищення стійкості ротаційних ґрунтообробних агрегатів шляхом оптимізації їх конструкційних параметрів з урахуванням змінних навантажень. Виявлено, що стійкість ротаційних ґрунтообробних агрегатів під дією змінних навантажень залежить від таких конструктивних параметрів, як геометрія та матеріал робочих органів, впровадження віброзахисних елементів. Визначено, що оптимальний кут атаки (від 20 до 30 градусів) робочих органів дозволяє знижувати опір ґрунту, що, своєю чергою, сприяє рівномірному розподілу навантажень по робочим елементам агрегату. Зміна радіусу кривизни робочих органів дозволяє знизити концентрацію напружень, що підвищує довговічність робочих елементів і зменшує їх зношення під час експлуатації. Аналіз механічних властивостей матеріалів показав, що використання спеціальних легованих сталей, що містять хром та марганець, підвищує зносостійкість робочих органів агрегатів, дозволяє зменшити частоту обслуговування, подовжити термін служби. Впровадження гумових амортизаторів у конструкцію вузлів кріплення допомогло зменшити амплітуду вібрацій і таким чином покращити стабільність роботи агрегату в процесі обробітку ґрунту. Аналіз роботи модернізованих агрегатів показав підвищення продуктивності та зменшення витрат пального. Покращення якості обробітку ґрунту досягнуто завдяки рівномірному розподілу глибини культивації та зменшенню рівня ущільнення ґрунту, що позитивно впливає на умови вирощування сільськогосподарських культур. Отже, оптимізація конструкційних параметрів ротаційних ґрунтообробних агрегатів дозволить підвищити їх стійкість до змінних навантажень, знизити експлуатаційні витрати, збільшити ефективність роботи та забезпечити довговічну й енергоефективну експлуатацію в умовах складних геологічних процесів.