Шпренгель фермы дождевальной машины
Владельцы патента RU 2716987:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова" (RU)
Изобретение относится к сельскому хозяйству. Шпренгель фермы дождевальной машины, оцинкованный методом горячего цинкования, содержит стержень (1) круглого сечения, по концам которого приварены выполненные в виде пластин проушины (2) с монтажным отверстием (3). Концы стержня (1) вварены в предварительно выполненные под них прямоугольные вырезы в проушинах (2). Концы стержня (1) обварены с двух сторон проушин (2). Все углы (4) проушин (2) выполнены закругленными, а ширина проушин (2) равнагде b - оптимальная ширина проушины (2), мм; dc - диаметр стержня (1) шпренгеля, мм; σtс - предел текучести стали, из которой изготовлен стержень (1), кгс/мм2; tn - толщина проушины (2), мм; σtn - предел текучести стали, из которой изготовлена проушина (2), кгс/мм2; dom - диаметр монтажного отверстия (3) проушины (2), мм; π - число Пи, 3,1415. Обеспечивается уменьшение металлоемкости и повышение надежности конструкции, снижение уровня возможных рисков производственного травматизма при изготовлении, перемещении и монтаже шпренгелей. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.
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;
dc - диаметр стержня шпренгеля, мм;
σtс - предел текучести стали из которой изготовлен стержень, кгс/мм2;
tn - толщина проушины, мм;
σtn - предел текучести стали из которой изготовлена проушина, кгс/мм2;
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 
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:
где 
Нагрузка, которую способна выдержать проушина 2, составит:
где 
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:
где
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.
1. Шпренгель фермы дождевальной машины, оцинкованный методом горячего цинкования, содержащий стержень круглого сечения, по концам которого приварены выполненные в виде пластин проушины с монтажным отверстием, отличающийся тем, что 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;
dc - диаметр стержня шпренгеля, мм;
σtс - предел текучести стали, из которой изготовлен стержень, кгс/мм2;
tn - толщина проушины, мм;
σtn - предел текучести стали, из которой изготовлена проушина, кгс/мм2;
dom - диаметр монтажного отверстия проушины, мм;
π - число Пи, 3,1415.
2. Шпренгель фермы дождевальной машины по п.1, отличающийся тем, что стержень шпренгеля изготовлен из легированной стали с пределом текучести не менее 400 МПа.
3. Шпренгель фермы дождевальной машины по п.1, отличающийся тем, что стержень вварен в проушину на величину, составляющую не менее трех диаметров стержня, при этом толщина проушины равна не менее 60% от диаметра стержня.
4. Шпренгель фермы дождевальной машины по п.1, отличающийся тем, что та часть проушины, в которую вварен стержень, выполнена с переменной шириной, постепенно увеличивающейся до середины проушины.
