Лекции по «Механизация животноводства»

КУРС ЛЕКЦИЙ

для студентов ФВМ по курсу «Механизация животноводства»

 

1. Сведения о машиностроительных материалах, применяемых в сельскохозяйственном машиностроении.

 

Материалы характеризуются  физическими, химическими и технологическими свойствами.

Физические свойства: плотность, тепло-, электропроводность, цвет, температура плавления и т.д.

Химические: стойкость к химическому разрушению.

Технологические: ковкость, жидкотекучесть, свариваемость, обрабатываемость резанием, литьем, износостойкость.

Металлы машиностроительные делятся на черные (железо и его сплавы), цветные (все остальные металлы и их сплавы).

Железо – блестящий  серебристо-белый металл с сероватым  оттенком. В чистом виде практически  не встречается и не используется. Сталь – сплав железа, с углеродом (до 2,14 %) и другими элементами. Содержание углерода определяет свойства стали. С возрастанием количества углерода увеличивается прочность и твердость стали, но уменьшаются пластичность и вязкость стали.

По химическому составу стали разделяются на углеродистые и легированные. Углеродистые наряду с железом и углеродом содержит марганец и кремний, а также вредные примеси в виде серы и фосфора. В составе легированных сталей в процессе выплавки вводят легирующие материалы (хром, никель, молибден, магний и др.).

По назначению различают стали конструкционные, инструментальные и специальные. Конструкционные стали применяют для изготовления деталей машин, конструкций и сооружений.

Наиболее часто в  машиностроении применяются:

Углеродистые  обыкновенного качества конструкционные С_т0, С_т1, С_т2, С_т3, С_т4, С_т5, С_т6. Здесь и далее в обозначении марки стали цифра после знака «С_т» или слова «Сталь» определяют среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Углеродистые  качественные конструкционные стали С_т08, 15, 20, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 60г, 70г. Здесь буква Г соответствует содержанию марганца – около 1%, в сталях для изготовления пружин.

Легированно-конструкционные стали 20х, 30х, 35х, 40х, 45х, 50х, 30х 3А. Здесь цифры определяют содержание углерода в сотых долях процента; Х – содержание легирующего хрома, Н – никеля, А – алюминия. Цифра после буквы – содержание в процентах. При отсутствии цифры – до 1,5%.

Применяя марку стали  руководствуются следующим:

1. По возможности шире используют углеродистую обыкновенного качества сталь С_т3, 4, углеродистые качественные С_т15, 35, 45.

Из стали С_т3 изготавливают детали не требующие большей прочности.

В сварных конструкциях применять углеродистые стали марок  С_т0, С_т3, С_т5, С_т6, 15, 35, 45, 50г. Сварка легированных сталей затруднена из-за склонности к закалке околошовной зоны и образования в ней хрупких структур.

Инструментальные  стали У4÷У10, Р2÷Р12 обладают высокой твердостью, прочностью, износостойкостью и используются для производства инструмента – режущего и измерительного.

Специальные стали отличаются особыми физическими и химическими свойствами приобретенными за счет особенностей выплавки и наличия легирующих элементов. Пример – нержавеющие стали Х13 Н18; подшипниковые – ШХ-15.

Чугун – сплав железа с углеродом (более 2,14% углерода, обычно 3-4,5%), некоторым количеством марганца, серы, кремния. Чугун хрупок, плохо сваривается, но обладает хорошими литейными свойствами и хорошо режется.

В зависимости от технологии различают:

Серый чугун С4-00, С4-12-28, С44-64 и др.. Здесь цифры – первая – предел прочности при растяжении в кгс/мм², вторая – при изгибе. Применяется для изготовления объемных, неответственных деталей – корпуса, плиты, станины.

Ковкий чугун – более улучшенные характеристики. Ответственные и тонкостенные детали: корпуса подшипников, редукторов, звездочки.

Высокопрочный чугун – получают внесением специальных присадок. Использование – поршневые кольца, коленчатые валы и т.п.

Цветные металлы - в основном используются: медь и ее сплавы: бронзы, латуни; алюминий в виде деформируемых сплавов (Al+Cu+Mg) для производства листа, прутков, поковок.; в виде литейных жестких и хрупких сплавов (силумины Al+Si). Удельная прочность – отношение прочности к массе. Сплавы алюминиевые в 5 раз выше по удельной прочности стальных.

Баббиты – антифрикционные сплавы олова со свинцом. Б-88 – 88% олова.

Неметаллические материалы

Широко используются пластмассы, резина, керамика.

Пластмассы разделяются на термопластичные (органические стекла, полиэтилен, полиамид, фторопласт), которые можно расплавлять и переформировывать и термоактивные, после формирования не изменяют форму (гетинакс, текстолит, стеклопласт).

Резины – по технологическим свойствам: кислото-щелочестойкие – КЩС; маслобензостойкие – МБС; рядового качества – техпластина.

Керамика – фарфор, фаянс, сителлы – радиотехнические изделия.

Прокладочные материалы: асбест, растительные волокна, паронит, фторопласт, ФУМ, войлок, технические картоны и т.д.

 

2. Детали машин и их соединения. Передачи механические: фрикционная, ременная, цепная, зубчатая.

 

Деталь – изделие изготовленное из одного объема материала без сборочных операций. Деталь образует соединения:

неподвижные относительно друг друга, в т.ч.  нарезные – сварные, клеевые, заклепочные и запрессованные; разборные – резьбовые, шпоночные, штифтовые, шлицевые.

Подвижные соединения, такие в которых детали имеют возможность взаимного перемещения. Наиболее характерные: вал по отношению к подшипнику скольжения, ось по отношению к корпусу подшипника. Валы и оси – это детали, на которых располагаются вращающие детали. Причем вал передает крутящий момент, а ось только удерживается в них. Ось чаще всего неподвижна по отношению к основному агрегату – кузову, например.

Подвижные соединения на сопрягаемых поверхностях образует так называемый зазор, а неподвижные – натяг. В нашей машиностроительной промышленности используют так называемую систему вала, когда внутренние размеры цилиндрической поверхности, сопрягаемой с валом, изготавливают с размером кратным миллиметру: 10⁰⁰, 11⁰⁰ и т.д., а диаметр сопрягаемого с этим отверстием вала варьируют в самом широком диапазоне, в зависимости от вида соединения – подвижное или неподвижное, и степени подвижности или неподвижности: легкоходовое, глухое и т.д.  Например, 10 , 11 , здесь цифры называют допустимые при изготовлении вала отклонения диаметра в тысячных долях миллиметра – микронах; в первом случае допустим зазор в 1 микрон, во втором – натяг от 1 до 3 микрон.

Большое количество деталей машин изготавливается на специальных заводах по разработанным ГОСТам, в которых указаны все размерные, прочностные и другие эксплуатационные характеристики. При сборке любых машин такие детали закупаются в готовом к использованию виде. Например, подшипники, крепежные детали, муфты, корпуса, ремни, цепи и т.д.

Механические  передачи служат для передачи вращения от одного вала к другому. При этом часто изменяют параметры вращения, т.е. его направление, скорость и величина крутящего момента. Основные виды передач – передачи трения и передачи зацепления. К передачам трения относятся фрикционные и ременные.

В фрикционных передача вращения осуществляется за счет соприкосновения ведущего и  ведомого валов или бандажей, надетых  на эти валы. Например, бункер измельчителя рулонов и тюков ИРТ-80 имеет кольцевой стальной бандаж и приводится в движение при контакте с ведущим надувным резиновым колесом, прижимаемым к бандажу. Такая передача характеризуется возможностью постепенного наращивания скорости вращения ведомого вала, т.е. используется тогда, когда  приводимое в движение оборудование очень массивное и не может сразу же набрать номинальные обороты вращения.

В ременной передаче вращения от ведущего шкива (соответственно насаженного  на ведущий вал) к ведомому передается за счет сил трения об их  поверхности специальных ремней – плоских или клиновых.

Ременные передачи используются при значительном расстоянии между  валами, сравнительно малошумны, допускают некоторую непараллельность осей валов в пространстве. К передачам зацепления относятся цепные, зубчатые и червячные передачи.

 

В  цепных передачах на валы насаживаются цепные звездочки с зубьями строго определенных конфигураций и размеров, сочетающихся с втулочно-роликовой цепью.

Рабочая ветвь всегда натянута, а холостая – имеет провисание по так называемой цепной линии. Цепная передача используется для передачи больших крутящих моментов, нуждается в смазке цепи и месте ее контакта с зубьями звездочек.

В зубчатой передаче вращающий момент передается от шестерни (ведущей элемент) к зубчатому колесу (ведомый элемент) специальными зубьями нарезанными специальными модульными фрезами на цилиндрической поверхности заготовок.

Зубья имеют специальную  эвольветную форму и высокую  точность. Размеры зуба характеризуются т.н. модулем защиты.

Чаще всего шестерня имеет меньшее количество зубьев Z_ш, чем колесо Z_к.

Все рассмотренные передачи характеризуются передаточным отношением или числом                          

для зубчатой передачи

    для цепной передачи

   для фрикционной передачи

Передаточное число  показывает во сколько раз ведомый  вал вращается медленнее, чем  ведущий или наоборот. Чаще всего  в технике приходится именно снижать количество оборотов.

Наибольшее передаточное отношение обеспечивает червячная  передача, состоящая из ведущего многозаходного червяка 1 и червячного колеса 2. Оно  достигает значения 63, и потому используется при необходимости значительных изменений скорости вращения.

 

3. Классификация, общее устройство и характеристика двигателей внутреннего

     сгорания.

 

Двигатель внутреннего  сгорания (ДВС) – устройство для  преобразования химической энергии  углеводородного топлива в тепловую, а из нее – в механическую энергию вращения коленчатого вала. Поршневые двигатели внутреннего сгорания классифицируются по способу воспламенения горючей смеси (смеси топлива с воздухом): от сжатия (дизели), от электрической искры (бензиновые и газовые); по способу смесеобразования с внешним (бензиновые и газовые) и внутренним смесеобразованием (дизели); по рабочему процессу (четырехтактные и двухтактные); по виду топлива (бензиновые, дизельные, газовые); по числу цилиндров (одно- и многоцилиндровые); по расположению цилиндров (рядные, V- образные) и др.

ДВС состоит из кривошипно-шатунного  и газораспределительного механизмов и имеет системы питания, охлаждения, смазки, зажигания и пуска.

Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования возвратно-поступательного  движения поршня во вращательные движения коленчатого вала и состоит из: цилиндра, поршня с кольцами, поршневого пальца, шатуна, коленчатого вала и маховика. Газораспределительный механизм предназначен для впуска в цилиндр горючей смеси  или воздуха и выпуска из цилиндра отработавших газов. Он состоит: из распределительного вала, его привода (шестерни, цепь или ремень), толкателей, клапанов, коромысел и пружин.

Система питания служит для подачи топлива и приготовления  горючей смеси в карбюраторе или впускном коллекторе (бензиновые и газовые двигатели) или непосредственно в цилиндре (дизельные двигатели), а также обеспечивает отвод отработанных газов. Система охлаждения (жидкостная или воздушная) обеспечивает отвод тепловой энергии от деталей двигателя. Система смазки предназначена для подвода масла к трущимся деталям. Система зажигания обеспечивает своевременное воспламенение горючей смеси от электрической искры в бензиновых и газовых двигателях.

Система пуска двигателя - стартерная или от вспомогательного пускового двигателя.

Рабочий цикл четырехтактного  поршневого двигателя происходит при  возвратно-поступательном движении  поршня между верхней мертвой точкой (ВМТ) к нижней мертвой точкой (НМТ). Он состоит из тактов: впуска рабочей смеси или воздуха в цилиндры (поршень от ВМТ к НМТ, открыт впускной клапан); такт сжатия (от НМТ к ВМТ, закрыты оба клапана); такт расширения (рабочий ход) под действием давления газов образующихся в результате горения горючей смеси (от ВМТ к НМТ, клапаны закрыты); такт выпуска отработанных газов (от НМТ к ВМТ, открыт выпускной клапан).

В рабочем цикле двухтактного двигателя процессы происходят как  в пространстве над поршнем, так  и под ним, при этом такты цикла  совмещены попарно.

Наибольшее распространение  в сельском хозяйстве получили дизельные двигатели, которые используют дешевое дизельное топливо и более экономичны, чем бензиновые.  Они установлены на всех тракторах и значительной части грузовых автомобилей. Недостатком дизельным двигателем является сложность изготовления деталей топливной аппаратуры и других элементов, высокая шумность и вибрация, а также высокая дымность выхлопа. Бензиновые и газовые двигатели устанавливаются на легковых и небольших грузовых автомобилях, они дешевле в изготовлении, имеют малые габариты, высокую частоту вращения коленчатого вала, а современные системы питания с впрыском топлива обеспечивают их экономичность и экологичность.