Интеграция концепции надежности в проектирование почвообрабатывающих машин

Основной интерес конструкторов состоит не только в определении амплитуды сил, возникающих при обработке почвы, но и в их распределении при различных механических свойствах почвы с целью достижения надёжности конструкции. В связи с этим, детерминированный подход к проектированию состоит в разработке конструкции без учёта случайности выбора её параметров, которые могут привести к потере надёжности. В этой работе мы проводили статистические исследования рандомизацией свойств почвы в сотрудничестве с университетом Кренфилда. Данное исследование можно рассматривать как полезную базу данных для проектирования сельскохозяйственных орудий. Здесь мы принимали во внимание неопределённость механических свойств почвы, которая оказывала существенное влияние на её обработку. Расчёты сил сопротивления почвы проводились с использованием математической модели МакКейса и Али с некоторыми изменениями для того, чтобы учесть силы адгезии почвы с металлом орудий и скорость движения культиватора. Исследования сил сопротивления почвы послужили основой для проектирования почвообрабатывающего оборудования типа дизельного культиватора. Затем, с помощью двух методов (метода Монте-Карло и подхода Хазофера-Линда) был вычислен показатель надёжности. В результате подход Хазофера-Линда показал более высокую надёжность при меньших временных затратах на расчёты, чем метод Монте-Карло.

вероятностный дизайн, надежность конструкции, показатель надежности, почвообрабатывающие силы, probabilistic design, reliable design, reliability index, soil-tillage forces

1. Desbiolles, J.M.A. A Novel Approach to the Prediction of Tillage Tool Draught Using a Standard Tine / J.M.A. Desbiolles, R.J. Godwin, J. Kilgour, B.S. Blackmore // J. Agric. Engng Res. - 1997. - Vol. 66. - P. 295-309.

2. Zhang, J. A modified model to predict soil cutting resistance / J. Zhang, R.L. Kushwaha // Soil & Tillage Research. - 1995. - Vol. 34, iss. 3. - P. 157-168.

3. Godwin, R.J. Integrated soil tillage force prediction models / R.J. Godwin, M.J. O’Dogherty // Journal of Terramechanics. - 2007. -Vol. 44, iss. 1. - P. 3-14.

4. Mouazen, A.M. Finite element analysis of subsoiler cutting in non-homogeneous sandy loam soil / A.M. Mouazen, M. Nemenyi // Soil & Tillage Research. - 1999. - Vol. 51, no. 1. - P. 1-15.

5. Fielke, J.M. Finite Element Modeling of the Interaction of the Cutting Edge of Tillage Implements with Soil / J.M. Fielke, // J. agric. Engng Res. -1999. - Vol. 74, iss. 1. - P. 91-101.

6. Cui, K. A new approach for modelling vertical stress distribution at the soil/tyre interface to predict the compaction of cultivated soils by using the PLAXIS code / K. Cui, P. Defossez, G. Richard // Soil & Tillage Research. - 2007. - Vol. 95. - P. 277-287.

7. Kepner, R.A. Principles of Farm Machinery / R.A. Kepner, R. Bainer, E.L. Barger // The Avi Publishing Co. Inc., New York. - 1972. - ISBN 10: 0870551248 / ISBN 13:9780870551246.

8. McKyes, E. The Cutting of Soil by Narrow Blades / E. McKyes, O.S. Ali // Journal of Terramechanics. - 1977. - Vol.14, iss. 2. - P. 43-58.

9. Onwualu, A.P. Comparison of some algorithms for reliability-based structural optimization and sensitivity analysis / A.P. Onwualu, K.C. Watts // In: Brebbia, C.A. and Orszag, S.A. (eds.): Reliability and Optimization of Structural Systems. Germany: Springer-Verlag. - 1998. - P. 443-451.

10. McKyes, E. Soil Cutting and Tillage / E.McKyes // Developments in Agricultural Engineering. Elsevier, Amsterdam. - 1985. - Vol. 7. - 226 p.

11. Hasofer, A.M. An exact and invariant first order reliability format / A.M. Hasofer, N.C. Lind // J. Eng. Mech, ASCE, EM1. - 1974. - Vol. 100. - P. 111-121.

12. O'Conner, P. Practical Reliability Engineering / P. O'Conner, A. Kleyner // Wiley. - 2012. - 512 p.

13. Ditlevsen, O. Structural reliability methods / O. Ditlevsen, H.O. Madsen // Internet edition. - Режим доступа: http://www.doncomeco.ru/about/inform_baza - Версия 2.2.2. - июль 2005. - 351 с.