Заморно понашање носеће структуре доње полуге трактора прве категорије

Abstract

Доње полуге прикључно – подизног механизма за повезивање у три тачке су важан чинилац у преносу оптерећења са ношене или вучне прикључне радне машине трактора. Намењене су обављању више задатака и у току рада могу бити изложене променљивом оптерећењу. Како су најзаступљенији трактори мање снаге (до 40 kW) истраживања у овој тези су фокусирана на доње полуге трозглобног механизма прве категорије. У доступној литератури нема детаљнијих анализа чврстоће и животног века полуга и механизма као целине, па се у овом докторату приступило одређивању сила и животног века на замор. У том смислу је извршено мерење доминантне, хоризонталне силе у доњој полузи и развијен је програм у Fortran за аналитичко одређивање хоризонталне и вертикалне компоненте силе на основу познате дубине орања. Успостављена је веза између дубине орања и положаја полуга трозглобног механизма. На основу одеђених сила које делују на полугу, израчунати су напони на карактеристичним местима на полузи. Саставни део полуге је ушка, која је заваривањем спојена са телом полуге. Одређена су дозвољена максимална оптерећења на ушки, а затим се приступило провери животног века завареног споја као потенцијално најслабијег места полуге. За одређивање животног века је коришћена најпре метода деформација – број циклуса за почетну процену животног века. Затим су коришћене методе напон – број циклуса (методе номиналних, структурних и напона зареза) за процену животног века. Како у литератури не постоји податак о FAT вредности напона за полугу, приступило се методи објашњеној у FKM – Guideline која подразумева упоредно одређивање вредности фактора концентрације напона помоћу програма као што је ANSYS, јер се показало да дају поузданије вредности у односу на аналитичке формуле. Полуга је моделована у ANSYS и ABAQUS програму који помоћу проширене методе коначних елемената примењује формуле механике лома за одређивање животног века и тока прслине. Експериментална провера животног века полуге је урађена у Лабораторији за шинска возила. Добијени резултати су затим унети заједно са вредношћу добијеном методом напон зареза – број циклуса у јединствени σ-N дијаграм. Све вредности су статистички обрађене. Животни век ушке је одређен експериментално и нумерички.

Lower links of the three point hitch mechanism have an important role in force transmission between tillage implement and tractor. They are intended to perform various tasks during which they can carry a variable load. Since the most common tractors are low power tractors (up to 40 kW), a lower link of the first category was chosen for this study. A detailed analysis of the lower link was not found in the literaturе. Therefore, determination of the forces acting on the lower link and fatigue life have been performed in this study. Measurement of the dominant, horizontal force was performed and a computer code has been formulated in Fortran for assessment of horizontal and vertical forces of lower and upper link based on known plowing depth. In order not to measure the position of the three point hitch mechanism for each plowing depth as input variable in program, it was calculated on the basis of the known plowing depth. After determination of the forces acting on lower link, it was possible to assess stresses on the characteristic points of the lower link. An integral part of the lower link are the lugs as structural supports for pin connections which are welded to the lower links bodies. The maximum allowable loads on the lug are determined analytically and then the fatigue life of the welded connection was estimated as the potentially weakest point of the lower link. The strain – life method was first used to estimate the fatigue life. Then stress – life methods were used (nominal, structural and notch stress – life methods) for fatigue life prediction. As there is no design category for lower link geometry (fatigue strength value FAT), the method explained in the FKM Guideline was used which implies a comparative determination of stress concentration factor by a computer software ANSYS, because it has been proven to give more reliable values than analytical expressions. The lower link was modeled in ABAQUS program based on Extended Finite Element Method and fracture mechanics method for estimate crack propagation path and fatigu life. Experimental verification of fatigue life was performed in the laboratory of railway vehicles. Obtained values are entered into single σ-N diagram together with notch stress fatigue life. A stastistical anaysis of calculated and fatigue lives was performd. Fatigue life of lug was determined experimentally and numerically.