Результат интеллектуальной деятельности: Шпренгель фермы дождевальной машины

Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в конструкциях ферм круговых и фронтальных дождевальных машин, служащих для орошения сельскохозяйственных культур.

Известен шпренгель фермы дождевальной машины Valley (патент США № US 9091052 В1, МПК Е04В 1/1906 и A01G 25/09, «IRRIGATION SYSTEM HAVING TRUSS ROD CONNECTOR ASSEMBLY)), опубл. 2015.07.28., FIG. 2C - аналог) изготовленный в виде оцинкованного длинного стержня круглого поперечного сечения, по концам которого выполнены бобышки.

Недостатком аналога является то, что для монтажа такого шпренгеля требуется достаточно сложное крепление, состоящее из выгнутых пластин с прорезями и нескольких болтовых соединений, что значительно усложняет конструкцию фермы дождевальной машины. Кроме того для формирования бобышек на концах стержня и калибровки длины шпренгеля требуется достаточно сложное технологическое оборудование.

Известен шпренгель фермы дождевальной машины 2IE (irrigation-parts.ru>2ie-frantsiya/ - прототип) содержащий длинный стержень круглого сечения, по концам которого приварены выполненные в виде прямоугольных пластин проушины с монтажным отверстием, при этом стержень приварен с одной из сторон проушины, также шпренгель оцинкован методом горячего цинкования.

Недостаток прототипа заключается в том, что конец стержня приваривается с одной стороны проушины и для обеспечения прочности такого соединения требуется более длинный сварной шов, а это ведет к увеличению длины самой проушины, что в итоге приводит к увеличению металлоемкости шпренгеля. При этом если стержень вварить в предварительно выполненный под него прямоугольный вырез в проушине и обварить стержень с двух ее сторон, то такое сварное соединение будет более надежным и позволит уменьшить длину проушины. Кроме того снизить металлоемкость шпренгеля можно подобрав оптимальную форму и размеры проушины, а также применив в качестве материала для стержня легированную сталь с высокими прочностными характеристиками. Еще одним недостатком прототипа является то, что углы прямоугольных проушин могут быть источником травматизма при изготовлении, перемещении или монтаже шпренгелей.

Технической задачей изобретения является уменьшение металлоемкости и повышение надежности конструкции шпренгеля, а также снижение уровня возможных рисков производственного травматизма при изготовлении, перемещении и монтаже шпренгелей.

Задача достигается тем, что в шпренгеле фермы дождевальной машины оцинкованным методом горячего цинкования и содержащем стержень круглого сечения, по концам которого приварены выполненные в виде пластин проушины с монтажным отверстием, где согласно изобретению концы стержня вварены в предварительно выполненные под них прямоугольные вырезы в проушинах, причем концы стержня обварены с двух сторон проушин, кроме того все углы проушин выполнены закругленными, а ширина проушин равна:

где b - оптимальная ширина проушины, мм;

d_c - диаметр стержня шпренгеля, мм;

σ_tс - предел текучести стали из которой изготовлен стержень, кгс/мм²;

t_n - толщина проушины, мм;

σ_tn - предел текучести стали из которой изготовлена проушина, кгс/мм²;

- диаметр монтажного отверстия проушины, мм;

- число Пи, 3,1415;

также стержень шпренгеля изготовлен из легированной стали с пределом текучести не менее 400 МПа и вварен в проушину на величину, составляющую не менее трех диаметров стержня, при этом толщина проушины равна не менее 60% от диаметра стержня, кроме того та часть проушины в которую вварен стержень выполнена с переменной шириной, постепенно увеличивающейся до середины проушины.

Отличие предлагаемого шпренгеля от прототипа заключается в том, что концы стержня вварены в проушины, для чего в проушинах предварительно выполняются прямоугольные вырезы, в которых перед сваркой размещаются концы стержня. Причем концы стержня обвариваются с двух сторон проушин, чем обеспечивается более надежное сварное соединение, которое также позволяет уменьшить длину проушины и снизить затраты металла на ее изготовление. Также в целях снижения металлоемкости проушина выполнена с оптимальной шириной, при которой она имеет одинаковую со стержнем прочность и способна выдерживать такие же нагрузки, как и стержень шпренгеля. В предлагаемом шпренгеле стержень вварен в проушину на величину, составляющую не менее трех диаметров стержня, а толщина проушины равна не менее 60% от диаметра стержня, при этих условиях обеспечивается достаточная прочность сварного соединения стержня с проушиной. Для снижения металлоемкости стержня его изготавливают из легированной стали с высокими прочностными характеристиками, что позволяет уменьшить его поперечное сечение. Также для уменьшения металлоемкости та часть проушины, в которую вварен стержень, выполнена с переменной шириной, постепенно увеличивающейся до середины проушины. Кроме того в целях снижения травматизма все углы проушины шпренгеля выполнены закругленными.

На фиг. 1 представлен шпренгель фермы дождевальной машины, общий вид;

на фиг. 2 представлена проушина шпренгеля;

на фиг. 3 представлено сварное соединение стержня с проушиной, вид спереди;

на фиг. 4 - то же, вид сверху;

на фиг. 5 разрез А-А на фиг. 3.

Предлагаемый шпренгель фермы дождевальной машины (фиг. 1) содержит длинный стержень 1 круглого сечения, концы которого вварены в проушины 2, для чего в проушинах 2 предварительно выполняются прямоугольные вырезы (фиг. 2), в которых перед сваркой размещаются концы стержня 1. Причем концы стержня 1 обварены с двух сторон проушин 2 (фиг. 3, 4). Проушины 2 выполнены в виде пластин и имеют монтажное отверстие 3, а все углы 4 проушин 2 выполнены закругленными. Шпренгель является несущим элементом фермы, работающим на растяжение, при этом опасное сечение проушины 2 располагается в плоскости перпендикулярной оси стержня 1 и проходящей через центр монтажного отверстия 3 (фиг. 5). В целях снижения металлоемкости проушина 2 выполнена с оптимальной шириной, при которой она имеет одинаковую со стержнем 1 прочность и способна выдержать такие же нагрузки. При этом оптимальная ширина проушины 2 равна:

,

где - оптимальная ширина проушины, мм;

- диаметр стержня шпренгеля, мм;

- предел текучести стали из которой изготовлен стержень, кгс/мм²;

- толщина проушины, мм;

- предел текучести стали из которой изготовлена проушина, кгс/мм²;

- диаметр монтажного отверстия проушины, мм;

- число Пи, 3,1415.

Также для уменьшения металлоемкости та часть проушины 2, в которую вварен стержень 1, выполнена с переменной шириной, постепенно увеличивающейся до середины проушины 2. Для обеспечения достаточной прочности сварного соединения стержень 1 вварен в проушину 2 на величину, составляющую не менее трех диаметров стержня 1, а толщина проушины 2 равна не менее 60% от диаметра стержня 1. Для снижения металлоемкости стержень 1 изготовлен из легированной стали с пределом текучести не менее 400 МПа. Кроме того для защиты от коррозии и увеличения срока службы шпренгель оцинкован методом горячего цинкования.

С помощью монтажных отверстий 3 проушин 2 шпренгелем соединяют соседние секции фермы дождевальной машины. Фермы длинных пролетов могут содержать более 40 шпренгелей, которые являются несущими элементами, работающими на растяжение. При этом стержень 1 шпренгеля способен выдержать осевую нагрузку равную:

, (1)

где - максимально допустимая осевая нагрузка на стержень, кгс;

- диаметр стержня шпренгеля, мм;

- предел текучести стали из которой изготовлен стержень, кгс/мм²;

- число Пи, 3,1415.

Нагрузка, которую способна выдержать проушина 2, составит:

, (2)

где - максимально допустимая нагрузка для проушины, кгс;

- толщина проушины, мм;

- предел текучести стали из которой изготовлена проушина, кгс/мм²;

- диаметр монтажного отверстия проушины, мм;

- ширина проушины, мм;

Используя выражения (1) и (2) можно определить оптимальную ширину проушины 2, при которой она имеет одинаковую со стержнем 1 прочность и способна выдержать такие же нагрузки:

, (3)

где - оптимальная ширина проушины, мм;

- диаметр стержня шпренгеля, мм;

- предел текучести стали из которой изготовлен стержень, кгс/мм²;

- толщина проушины, мм;

- предел текучести стали из которой изготовлена проушина, кгс/мм²;

- диаметр монтажного отверстия проушины, мм;

- число Пи, 3,1415.

Для того чтобы избежать травм при перемещении и монтаже шпренгелей углы 4 проушин 2 выполнены закругленными.

Использование предлагаемого технического решения позволит уменьшить металлоемкость и повысить надежность конструкции шпренгеля для ферм дождевальных машин, а также позволит снизить уровень травматизма при изготовлении, перемещении и монтаже шпренгелей.