Разработка конструкции дисковой полевой бороны
Автор работы: Пользователь скрыл имя, 23 Ноября 2014 в 16:48, курсовая работа
Описание работы
Целью курсовой работы является приобретение студентами навыков решения
практических задач по эффективному использованию сельскохозяйственных
машин для поверхностной обработки почвы.
В процессе курсового проектирования необходимо будет пользоваться спра-
вочной литературой, техническими нормативными правовыми актами, материа-
лами периодической печати и другими источниками.
Содержание работы
Введение...........................................................................................................
1. Исходные данные.........................................................................................
2. Анализ условий эксплуатации и технологического процесса
машины ............................................................................................................
3. Анализ конструкций аналогов рабочих органов машины.........................
4 . Расчет технологических и энергетических показателей агрегата............
5. Обоснование и расчет конструктивных параметров и режимов работы
органов машины в соответствии с условиями эксплуатации........................
6. Прочностной расчет.....................................................................................
Заключение ......................................................................................................
Список литературы..........................................................................................
4
Файлы: 1 файл
П
о
д
п
и
с
ь
и
д
а
т
а
И
н
в
.
№
д
у
б
л
.
В
з
а
м
.
и
н
в
.
№
П
о
д
п
и
с
ь
и
д
а
т
а
И
н
в
.
№
п
о
д
л
.
МИНИСТЕРСТВО ОБРОЗОВАНИЯ
РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
«ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ им. П.О. СУХОГО»
Кафедра «Сельскохозяйственных машины»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине «Сельскохозяйственные машины»
Тема: «Разработка конструкции дисковой полевой бороны»
Выполнил: студент гр. ЗС-31с
Иванов А.А.
(Ф.И.О.)
(Подпись)
Проверил: преподаватель
Сидоров В.В.
(Ф.И.О.)
(Оценка, подпись)
Проверил: преподаватель
(Ф.И.О.)
(Подпись)
Гомель 2011
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
2
Разраб.
Иванов А.А.
Провер.
Сидоров В.В.
Рецензент
Н. Контр.
Утверд.
Разработка конструкции
бороны полевой тяжелой
дисковой БПТД-420
Курсовой проект
Лит.
Листов
ГГТУ гр. ЗС-31с
П
е
р
в
.
п
р
и
м
е
н
.
С
п
р
а
в
.
№
П
о
д
п
и
с
ь
и
д
а
т
а
И
н
в
.
№
д
у
б
л
.
В
з
а
м
.
и
н
в
.
№
П
о
д
п
и
с
ь
и
д
а
т
а
И
н
в
.
№
п
о
д
л
.
С О Д Е Р Ж А Н И Е
стр.
Введение...........................................................................................................
1. Исходные данные.........................................................................................
2. Анализ условий эксплуатации и технологического процесса
машины ............................................................................................................
3. Анализ конструкций аналогов рабочих органов машины.........................
4 . Расчет технологических и энергетических показателей агрегата............
5. Обоснование и расчет конструктивных параметров и режимов работы
органов машины в соответствии с условиями эксплуатации........................
6. Прочностной расчет.....................................................................................
Заключение ......................................................................................................
Список литературы..........................................................................................
4
4
6
10
22
26
32
40
41
Приложение……………………………………………………………………. 42
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
3
Введение
Целью курсовой работы является приобретение студентами навыков решения
практических задач по эффективному использованию сельскохозяйственных
машин для поверхностной обработки почвы.
В процессе курсового проектирования необходимо будет пользоваться спра-
вочной литературой, техническими нормативными правовыми актами, материа-
лами периодической печати и другими источниками.
Механическая обработка почвы является основным звеном современных сис-
тем земледелия.
Под обработкой почвы понимают механическое воздействие на нее рабочих
органов сельскохозяйственных машин и агрегатов, с целью создания наи-
лучших условий для произрастания культуры растений.
Механическая обработка почвы включает следующие технологические опера-
ции - оборачивание, рыхление, крошение, перемешивание, уплотнение, выравни-
вание, создание микрорельефа, подрезание и измельчение сорняков.
Способы обработки почвы – отвальный, безотвальный, роторный и комбини-
рованный.
Приемы обработки почвы – поверхностная, обычная (средняя), глубокая и
сверхглубокая обработка почвы.
Приемы поверхностной обработки – это прикатывание, боронование, диско-
вание, лущение, культивация, выравнивание, шлейфование, гребневание, бороз-
дование, комбинированная агрегатная обработка, фрезерование.
Приемы обычной обработки – это вспашка, безотвальное рыхление; приемы
глубокой обработки – вспашка с припахиванием нижележащего слоя почвы, чи-
зельная обработка, щелевание, кротование, вспашка плугами с почвоуглубите-
лями, вспашка плугами с вырезными корпусами.
Приемы сверхглубокой обработки – это плантажная двухслойная, плантажная
трехслойная вспашка.
Основная обработка почвы включает - вспашку, чизельную обработку и фре-
зерную обработку.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
4
В соответствии со способами механической обработки почвы различают три
группы почвообрабатывающих машин:
1. Тракторные плуги и другие машины и орудия общего назначения для ос-
новной обработки почвы.
2. Плуги и другие машины и орудия специального назначения машины.
3. Машины для поверхностной обработки почвы.
Тракторные лемешные плуги общего назначения производят вспашку с обо-
ротом пласта, причем пахота может быть свально-развальной или гладкой (без
свальных гребней и развальных борозд).
К машинам основной обработки почвы относят также плуги-лущильники,
плуги для безотвальной пахоты по методу Т. С. Мальцева, культиваторы-
плоскорезы для обработки почвы, подверженной ветровой эрозии.
В число машин специального назначения входят плуги кустарниково-
болотные, плантажные, садовые, для каменистых почв, для горных склонов,
ярусные, лесные, дисковые, рыхлители для пред-плантажной и предпосадочной
обработки почвы, виноградниковые машины, фрезы для обработки почвы на
осушенных болотах, ямокопатели и др.
Машины для поверхностной обработки почвы подразделяют на следующие
группы:
бороны (зубовые, сетчатые, шлейф-бороны, дисковые и др.) и дисковые
лущильники для рыхления почвы, борьбы с сорняками и выравнивания по-
верхности поля;
культиваторы для сплошной и междурядной обработки почвы;
катки для уплотнения почвы, дробления комков и выравнивания поверхно-
сти.
Машинно-тракторные сельскохозяйственные агрегаты (далее по тексту -
МТА) комплектуются с учетом качественного выполнения заданного вида работ
и возможности применения конкретной модели трактора и машин в хозяйстве.
По способу соединения с базовыми энергосредствами (тракторами, самоход-
ными шасси и др.) почвообрабатывающие машины могут быть навесными, полу-
навесными, прицепными и полуприцепными.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
5
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Исходные данные к курсовому проектированию даны в таблице 1.
Таблица 1 – Исходные данные
Наименование параметра
(характеристики)
Значение
1 Наименование
Борона полевая тяжелая дисковая
1.1 Модель
БПТД-420
1.2 Назначение работы
Для раздела пластов почвы после
вспашки земель, предпосевной подго-
товки почвы без предварительной
вспашки, обработки почвы после
уборки пропашных культур, для ухо-
да за лугами и пастбищами, засорен-
ными мелкими камнями размером не
более 10 см. и древесными остатками
толщиной до 2 см.
1.3 Тип (по способу агрегатирования)
Полунавесной*
2 Рабочая ширина захвата B
р
, м, не более
4,2
3 Глубина обработкиa, см, не более
20
4 Тип рабочего оборудования:
Диски
5 Наличие опорных ходовых колес
Два опорных колеса
6 Присоединительное устройство
Сница с поворотной петлей и
навеской (ось присоединительная)
*Точка сцепки в транспортном положении изменяет свое положение по высоте.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
6
2. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА МАШИНЫ
Борона прицепная тяжелая дисковая БПТД-420 (далее по тексту - борона) ис-
пользуется для разделки задернелых пластов после вспашки целинных почв, об-
работки лугов и пастбищ, заделки удобрений и пожнивных остатков. Глубина
обработки от 10…20 см. Дисковая борона имеет вырезные диски, которые хоро-
шо заглубляются в почву и интенсивно измельчают растительные остатки.
Для лучшего крошения почвы диски задней батареи смещены относительно
дисков передней. Угол α между плоскостью вращения диска и линией направле-
ния движения орудия называют углом атаки. Его можно изменять от 0 до 23 гра-
дусов. При обработке сухих и твердых почв угол атаки увеличивают, при диско-
вании влажных и легких почв уменьшают. При движении бороны диски, сцепля-
ясь с почвой, вращаются. Режущая кромка диска отрезает полоску почвы и под-
нимает ее на внутреннюю сферическую поверхность. Затем почва падает с неко-
торой высоты и отводится диском в сторону. В результате перемещения по диску
и падения почва крошится, частично оборачивается и перемешивается. С увели-
чением угла атаки диски глубже погружаются в почву, крошение ее возрастает.
Глубину обработки устанавливают изменением угла атаки и давления дисков на
почву. Давление регулируют, изменяя массу балласта.
Дисковые бороны по сравнению с зубовыми меньше забиваются, перерезают
тонкие корни и перекатываются через толстые. Для работы на каменистых поч-
вах диски непригодны: лезвия их выкрашиваются.
Обработку почвы дисковыми боронами следует выполнять в установленные
сроки. Если обработка состоит из нескольких приемов, то желательно не разры-
вать их во времени.
Необходимо соблюдать заданную глубину обработки; отклонение не должно
превышать ±(1...2) см.
Не допускаются огрехи или пропуски. Поскольку огрехи чаще всего появ-
ляются в результате небрежного вождения трактора, то о них судят по виду сле-
дов рабочих органов машин и орудий. Следы должны быть прямолинейными.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
7
Концы участка обрабатывают так же аккуратно, как и основной участок, на
котором не должна просматриваться пестрота в каком-либо показателе качества
(напримерглыбистости, гребнистости поверхности, заделке сорной расти-
тельности и навоза). Чаще всего пестрота этих показателей — результат работы
на разных скоростях, а также небрежного вождения агрегата и плохого состоя-
ния рабочих органов машин и орудий (тупые лезвия, ржавая рабочая поверх-
ность).
При любой обработке желательно получить комочки почвы Размером 1...10
мм и нежелательно — частицы менее 0,25 мм. Эти показатели зависят от вида
обработки и свойств почвы. Они труднодостижимы, но желательны.
Рабочие органы в конце обрабатываемого участка поля следует включать и
выключать на одной линии; допускаемое отклонение — не более ±0,5 м.
К каждому виду обработки почвы предъявляются специфические требова-
ния. Не допускается, чтобы безотвальные орудия для рыхления подверженных
ветровой эрозии почв уничтожили более 10 % стерни за один проход при мелком
рыхлении и более 25 % — при глубоком и чтобы при этом почва разрушалась до
частиц менее 1 мм.
В верхнем рыхлом слое почвы, подготовленной к посеву, не должно со-
держаться комков более 3 см, гребнистость поверхности пашни должна быть не
более 3...4 см.
Оценивая качество работы почвообрабатывающих машин, учитывают со-
блюдение всех агротехнических требований, помня о том, что главное из них -
борьба с сорняками.
Дисковые бороны и лущильники должны обрабатывать почву на глубину
не менее 8 см. Отклонение средней глубины от заданной допускается ±3 см. В
верхнем обработанном слое почвы не должно быть комков более 10 см по наи-
большему размеру. Поверхность поля после прохода дисковой бороной должна
быть слитной, а глубина развальных борозд и высота свальных гребней - не бо-
лее глубины обработки. Сорные растения должны быть подрезаны не менее чем
на 97 %.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
8
Условия работы бороны описаны в таблице 2.
Таблица 2 – Условия работы бороны
Наименование параметра
(характеристики)
Значение
Характеристика почвы
Различные типы почв
Засоренность камнями
Наличие камней допускает-
ся
Удельное сопротивление рабочих органов k
о
,
кН/м, не более
-максимальное k
max
6,00
-минимальное k
min
4,10
Максимально допустимый уклон для работы,
град, не более
8
Рабочая скорость v
р
, км/ч, не более
10
Боронапредназначена для применения в составе машинно-тракторного агре-
гата (далее по тексту – МТА) на базе сельскохозяйственного колесного трактора
тягового класса не ниже 3, имеющего в комплектации заднее навесное устройст-
во
По виду выполняемого технологического процесса данный агрегат является
мобильным почвообрабатывающим агрегатом. По типу привода рабочих органов
относится к тяговым агрегатам.
Число выполняемых за один рабочий ход технологических операций – 2 шту-
ки (дискование и прикатывание). Поэтому данная машина является комбиниро-
ванной.
Для работы с боронойрекомендуется использовать в легких и средних поч-
венных условиях тракторы тягового класса 3, а в тяжелых – тракторы тягового
класса 4.
Трактор должен иметь заднее навесное устройство типа НУ-3.
Принцип работы бороны
Борона реализует свои рабочие функции в составе МТА путем агрегатирова-
ния в установленном порядке посредством тяги за ось подвеса, присоединенной
к нижним тягам навесного устройства трактора Указанный объект является сель-
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
9
скохозяйственной машиной, которая выполняет работу по назначению в ходе
прямого поступательного движения трактора в составе МТА.
Технологический процесс бороны осуществляется следующим образом.
В процессе поступательного движения (вначале обрабатываемого участка)
рабочие органы бороны переводятся с помощью гидросистемы трактора в рабо-
чее положение. При рабочем ходе трактор перемещает борону по полю. Во время
работы бороны диски обрабатывают определенный слой почвы, а каток дробит
комки почвы и выравнивает поверхность поля после дискования.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
10
3. АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ АНАЛОГОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ МАШИ-
НЫ
Для различных целей в сельском хозяйстве используют различные типы дис-
ковых борон, но все они состоят из нескольких основных элемен-
тов:непосредственно самих боронующих дисков, рамы, на которую эти диски
крепятся, гидравлической системы и опорных катков.
При движении бороны по полю диски заглубляются в почву на необходимую
глубину, что позволяет перемешивать слои почвы, одновременно измельчая и за-
глубляя остатки мелких сорняков и удаляя крупные. От размеров рамы зависит
размер пашни, которую можно обработать за один проход бороны. В настоящее
время большинство используемых борон имеют складывающуюся конструкцию
для удобства хранения и транспортировки. На степень обработки почвы влияет
размер диска, количество и расположение дисков, угол их поворота по направле-
нию к движению, глубина проникновения диска в обрабатываемый слой.
Современные бороны должны быть маневренными, несмотря на то, что для
глубокой обработки применяют бороны весом несколько тонн. На способность
бороны заделывать сорняки и остатки растений-предшественников влияет рас-
стояние между дисками и рядами дисков – батареями. Бороны с расстоянием по-
рядка 20 см применяют для обработки средних и тяжелых почв, бороны с мень-
шим расстоянием хорошо себя зарекомендовали на легких почвах с небольшим
количеством растительных остатков. Бороны с расстоянием между батареями
дисков более 27 см используют на тяжелых почвах с возможностью заделки
крупных и жестких остатков прежних посевов. Для более качественного прохода
часто используют дисковые бороны с различным расстоянием между батареями
на одной раме. Такой метод позволяет тщательно перемешивать почвенные слои
более частой бороной, при этом легко справляясь с крупными остатками бороной
с большим расстоянием, а также облегчить проходимость бороны на вязких поч-
вах, где возможно засорение бороны прилипшими пластами земли.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
11
Применение опорных катков на бороне позволяет дополнительно уплотнить
почву после прохода бороны, улучшая тем самым заделку удобрений и ускоряя
перегнивание растительных остатков.
Дисковые бороны по назначению делят на полевые, садовые и болотные.
Полевые бороны предназначены для крошения задернелых пластов и глыб,
весенней предпосевной обработки почвы, освежения зедернелых лугов и луще-
ния стерни; садовые бороны — для рыхления почвы, уничтожения сорняков в
междурядьях и приствольных полосах садов, в виноградниках и ягодниках; бо-
лотные бороны — для разрушения пластов почвы после вспашки болотных, кус-
тарниковых и целинных земель, а также для улучшения лугов и пастбищ.
Рабочими органами дисковой бороны являются сферические или вырезные
сферические стальные диски . Сферические диски — рабочие органы полевых и
легких садовых борон, вырезные сферические диски — тяжелых полевых садо-
вых и болотных борон. Вырезы в дисках улучшают дробление пласта, (подреза-
ние и выбрасывание на поверхность почвы растительных остатков (корни, мел-
кие пни ит. д.).
Диски бороны монтируют в батареи. В батарее может быть от 4 до 11 дисков.
Батареи на раме бороны размечают по двухследной схеме, при которой во
время работы бороны поверхность поля обрабатывается дважды. Чтобы исклю-
чить смещение бороны в сторону под действием реакции почвы, батареи распо-
лагают симметрично, а диски на батареях размещают так, чтобы реакции почвы
взаимно уравновешивались.
Батареи садовых борон располагают несимметрично. Это дает возможность
сместить линию тяги бороны в сторону и удалить тем самым трактор от деревьев
на необходимое расстояние.
Глубину обработки почвы дисковой бороной регулируют изменением угла
атаки и балластными грузами. Угол атаки в боронах изменяют в пределах от 10
до 20 градусов. Чем больше угол атаки батарей, тем больше глубина обработки,
и наоборот. Глубина рыхления почвы полевыми боронами составляет 10 см, са-
довыми — от 6 до 15 см и болотными — до 25 см.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
12
Прицепная полевая дисковая борона БД-10(см. рис. 1) состоит из четы-
рех секций 1, 2, 8 и 9, в каждой из которых имеется по три батареи дисков диа-
метром 450 мм. Угол атаки дисков регулируют от 12 до 21° через каждые 3° пе-
рестановкой секций относительно рамы. Для этого укорачивают или удлиняют
передние тяги 6 и фиксируют секции в требуемом положении соединителями 5.
Борона имеет гидравлическую систему, состоящую из четырех гидроци-
линдров Ц-55 и одного гидроцилиндра Ц-100, труб и рукавов высокого давления
(на рисунке гидросистема не показана). Гидросистема служит для перевода бо-
роны в транспортное или рабочее положение. Ширина захвата бороны 10 м. Бо-
рону агрегатируют с трактором К-700, а также с другими тракторами класса не
ниже 5 тс. Масса бороны 3700 кг. Производительность до 8,5 га/ч.
Рисунок 1 – Борона БД-10 (вид сверху):
1, 2, 8 и 9—секции бороны; 3 — рама транспортных колес; 4 — гребнерез; 5 — соединитель
секций; 6 — передняя тяга; 7 — рама бороны; 10 — самоустанавливающиеся колеса секций
Прицепная полевая дисковая борона БДТ-7 имеет восемь батарей, со-
стоящих из вырезных сферических дисков. Перевод бороны в рабочее или
транспортное положение производится гидроцилиндром. Ширина захвата 7 м.
Глубина обработки до 20 см. Борону агрегатируют с теми же тракторами, что и
БД-10. Производительность до 6 га/ч.
Прицепная полевая дисковая борона БД-4,1 имеет четыре секции дисков
диаметром 510 мм. Угол атаки дисков регулируют в пределах 10—21°. Глубина
обработки почвы до 10 см. Перевод бороны в транспортное или рабочее положе-
ние производится выносным гидроцилиндром. Ширина захвата бороны 4,1 м.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
13
Борону агрегатируют с тракторами ДТ-75, ДТ-75М и Т-74. Масса бороны 1270
кг. Производительность 3,4 га/ч.
Навесная полевая дисковая борона БДН-3 состоит из четырех батарей,
установленных в два ряда. Ширина захвата до 3 м. Борону агрегатируют с трак-
торами ДТ-75, Т-74, «Беларусь» и др. Производительность до 3,2 га/ч.
Рисунок 2 – Борона БДН-4
Прицепная садовая тяжелая дисковая борона БДСТ-2,5 предназначена
для рыхления почвы на глубину до 15 см и уничтожения сорняков в междурядь-
ях садов. После обработки почвы бороной отпадает необходимость проводить
вспашку междурядий плугом-лущильником. Борона имеет две секции батарей
дисков, расположенных по схеме. Диски двух передних батарей сферические
вырезные. Диски двух задних батарей — сплошные. Диаметр дисков 660 мм.
Вынос бороны вправо или влево от продольной оси трактора (до 2,85 м) произ-
водится путем установки тяги прицепа в соответствующее отверстие сектора.
Конструкция прицепа аналогична прицепу садового плуга: Угол атаки регули-
руют путем изменения угла раствора между батареями передней и задней рам
бороны с помощью выносного гидроцилиндра. При этом угол атаки передних
батарей можно изменять в пределах 18—25°, а задних батарей — 18—32°. Ши-
рина захвата бороны 2,5 м. Борону агрегатируют с тракторами ДТ-75 и Т-74.
Масса бороны 1080 кг. Производительность 2 га/ч.
Дискаторы
В последнее время в РБ и других странах СНГ получили распространение
дисковые почвообрабатывающие машины для дискования, рабочие органы кото-
рых (диски) установлены на индивидуальных стойках, размещенных на попереч-
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
14
ных балках рамы машины. Такие бороны называют дискаторами, дискокатами,
дискователями, фронтальными дисковыми боронами и т.п. В настоящий момент
их выпускают в странах СНГ более трех десятков различных компаний и органи-
заций.
Рисунок 3 – ДискаторDISCOMASTER 3,2х2 с трактором БЕЛАРУС-82.1
Дисковые бороны с индивидуальной стойкой предназначены для подготов-
ки почвы под посев, обработки под зябь и разделки пласта трав и залежных зе-
мель. Особенность их применения заключается в высокоскоростном интенсив-
ном рыхлении почвы с одновременным измельчением крупностебельных расти-
тельных остатков. Они работают без забивания междискового пространства на
скорости более 12 км/ч (до 20 км/ч). Данная техника эффективна при обработке
различных агрофонов, в том числе уплотненных и сильно увлажненных.
Рисунок 4 – Дискатор DISCOMASTER 3,2х4 с трактором БЕЛАРУС-1221
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
15
Разные дисковые бороны с применением индивидуальной стойки производят
компании ОАО «Апшеронский завод «Лессельмаш»», ООО «БДМ-Агро», ОАО
«Белагромаш-сервис», ЗАО «Белинсксельмаш», ОАО «Волгодизельаппарат»,
ОАО «Елецагросервис», ООО «Кубаньсельмаш», ЗАО «Кирсановский механиче-
ский завод», ОАО «Стрела», ООО «Грязинский культиваторный завод», ОАО
«Сибсельмаш-Спецтехника», ОАО «Сарэкс» и другие.
Дисковые бороны на индивидуальной стойке разных производителей имеют
примерно одинаковые технические характеристики среди аналогичных машин.
Но необходимо отметить и ряд следующих отличий.
Бороны содержат два или четыре ряда дисков, установленных с углом атаки и
крена (отклонение плоскости лезвия от вертикали с наклоном в сторону выпук-
лости диска).
Бороны с двухдисковыми секциями имеют в два раза меньшее количество
подшипнековых узлов, элементов их крепления, что упрощает и удешевляет та-
кие конструкции, сокращает эксплуатационные затраты.
Для выравнивания и уплотнения разрыхленного слоя сзади дисков, как пра-
вило, устанавливают спиральные трубчатые, кольчатые одно- или двухрядные
катки, которые используются для регулирования глубины обработки. Основное
преимущество таких борон перед традиционными дисковыми боронами - это
компактность размещения дисков по длине орудия, возможность их индивиду-
альной защиты, интенсификация крошения почвы, уменьшение забиваемости
при обработке засоренных агрофонов с влажной почвой. Рабочая скорость фрон-
тальных борон ограничивается тяговым усилием трактора и возможностью ме-
ханизатора продолжительно и безопасно работать при движении агрегата по не-
ровному микрорельефу поля.
Фронтальные бороны в широком диапазоне влажности, твердости почвы и её
засоренности пожнивными остатками за один проход качественно измельчают
их и перемешивают с обрабатываемым слоем почвы, рыхлят пласт на глубину 8-
16 см и более. Рабочая скорость до 5…20 км/ч. При этом необходимо отметить,
что чем выше скорость, тем качественнее крошение почвы.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
16
Четырехрядные дисковые бороны или двухрядные с двухдисковыми секция-
ми при заглублении дисков больше 10 см полностью подрезают сорную расти-
тельность и формируют дно борозды без образования уплотненной (плужной)
подошвы. Для полного подрезания сорняков двухрядной бороной с одним дис-
ком на стойке требуются два прохода. При работе многорядных дисковых ору-
дий интенсивно перемешивается почва обрабатываемого слоя, а с ней - мульча,
стерня, другие растительные остатки, удобрения, мелиоранты. В конструкциях
данных борон используют диски Ø 450…680 мм, в российских - чаще всего
Ø560, в западных - Ø 610, в комбинированных посевных агрегатах - Ø 460 мм.
Толщина дисков от 4 (при небольшом диаметре) до 10 мм. Большинство пред-
приятий производят бороны с импортными испанскими или итальянскими дис-
ками. Наиболее известны диски испанской фирмы «Bellotta».
Важными агротехническими параметрами фронтальных борон являются углы
атаки и крена дисков. Их увеличение улучшает заглубляемость орудий и пере-
мешивание почвы с растительными остатками, но ведет к росту тягового сопро-
тивления. Их нерациональное увеличение может повлечь забивание орудия
влажными пожнивными остатками. В конструкциях с регулируемым углом ата-
ки, он может изменяться от 0 до 30 градусов, в нерегулируемых составляет около
0 градусов, угол крена 5…15 градусов.
Большинство произведенных в СНГ дисковых борон применяют стойки, ус-
тановленные вертикально и закрепленные жестко с возможностью поворота при
групповой регулировке угла атаки. К сожалению, ряд российских производите-
лей за основу для производства применяют более дешевую и несовершенную
конструкцию, что значительно сказывается на надежности стоек. Так, во время
работы при жестком ударе подобной стойки с твердыми предметами (камни, ме-
талл) в почве разрушается диск, подшипниковый узел или происходит обрыв
самой стойки. С учетом сезонного характера полевых работ, ограниченности оп-
тимальных агросроков их выполнения такое положение недопустимо. Кроме ут-
раты оптимальных сроков работ, имеет место заметное увеличение стоимости
работ из-за простоя тракторов и затрат на поиск и приобретение запчастей.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
17
Решение подобной проблемы нашла компания ООО «БДМ-Агро» применяя
на стойке упрочняющую втулку, которая исключает подрез стойки сварным
швом в напряженном месте "стойка-поводок". Некоторые производители также
начали применять этот элемент конструкции, хотя патент на этот узел принадле-
жит ООО «БДМ-Агро». Особенностью конструкция является нижняя часть стой-
ки, она изогнута. Поэтому при изменении угла атаки дисков смещается задний
ряд дисков относительно переднего и достигается перекрытие обрабатываемых
полос.
Рабочий орган Дискаторов "БДМ-Агро" - узел режущий - выгодно отличается
от аналогов других производителей. При однотипной конструкции подшипнико-
вого узла способен воспринимать большие нагрузки за счет разнесения опор.
Кроме того, 'БДМ-Агро' применяет каленый стопорный штифт гайки, который
надежно контрит гайку. Гайка оси диска с увеличенным диаметром резьбы -
М27. А ось диска комплектуется сменной проставкой (под манжету), при износе
проставка легко заменяется. У других производителей проставка отсутствует,
поэтому там, в большинстве случаев, при износе шейки оси диска необходимо
менять всю дорогостоящую ось диска целиком. В практике встречаются случаи
ремонта оси наплавкой, что, по утверждению специалистов, приводит к ослабле-
нию оси диска.
Рисунок 5 – Борона БДМ 6х4П
В тоже время ОАО «РТП Петровское», выпускающее дискокаты БДК-5,4/6,4
БДК-3,0/4,0, используют подпружиненные стойки, что предохраняет рабочие ор-
ганы от разрушения при встрече с камнями и иными твердыми предметами в
почве. Подобное решение в отдельных конструкциях борон применяют и неко-
торые другие предприятия.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
18
Отличительную модель дисковый мульчировщик предлагает компания ОАО
«Белагромаш-Сервис». Его конструктивная особенность состоит в том, что каж-
дый диск расположен на пружинных S-образных стойках. Расстояние между ря-
дами дисков - 900 мм, а у большинства фронтальных дисковых борон расстояние
между рядами дисков - 700 мм. При этом в конструкции отсутствует регулировка
углов атаки, диск установлен так, что способен выполнять роль лемеха и отвала с
глубиной обработки до 12 см. Это способствует лучшему обороту отрезаемого
пласта. Пружинные S-образные стойки режущего узла при работе обходят пре-
пятствия, совершая низкочастотные колебательные движения, при которых про-
исходит самоочистка диска от налипания и растительных остатков.
Наряду с этим ОАО «Павловск РТП» производит дискователи БДФ с различ-
ной шириной захвата, разработанные ВИМ и ООО «Агромеханика». Отличие
дискователей БДФ от иных фронтальных борон в том, что на подпружиненной
индивидуальной стойке установлена двухдисковая секция. Диаметр пары дисков
в секциях модификаций дискователей БДФ от 560 до 450 мм, установленных с
углом атаки 20…22 градусов.
На машинах предусмотрена защита дисковых секций от аварийных нагрузок
за счет предохранительного срезного болта в креплении поводка и пружинного
механизма. Также данные орудия имеют сниженную конструкционную массу и
количество подшипниковых узлов у них меньше в два раза, что упрощает их об-
служивание.
При работе дискователя БДФ глубина обработки, как и у многих других
фронтальных борон, регулируется за счет изменения высоты крепления секций
трубчатого катка. Но при этом необходимо помнить, что для нормальной работы
дискователя БДФ влажность почвы должна быть до 24% и нежелательно наличие
в почве камней размером более 5 см., растительных остатков или сплошной рас-
тительности высотой более 25 см. В то время как стандартные фронтальные бо-
роны с индивидуальной осью на полях справляются с растительностью не только
выше 25 см., но и с кустарниками и молодыми деревцами, чем прекрасно заре-
комендовали себя в обработке залежных земель.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
19
Для улучшения качества обработки почвы дисковые бороны дополняют раз-
личными катками, приспособлениями для выравнивания и уплотнения разрых-
ленного слоя. Так, одни применяют тяжелый каток-паковщик, иные трубчатый
каток или спиральный каток. Относительно легкие трубчатые и спиральные кат-
ки выравнивают микрорельеф и уменьшают объем межкомковых пустот в верх-
нем слое. Катки-паковщики уплотняют разрыхленный слой на всю глубину об-
работки и крошат глыбы. Батареи гофрированных дисков дополнительно кро-
шат, выравнивают и уплотняют верхнюю часть разрыхленного слоя.
После обработки почвы фронтальными боронами с катками поверхность поля
выровнена, уплотнена и на ней частично сохранен мульчепокров, предохраняю-
щий почву от иссушения и эрозии.
Компания «Ярославское РТП» предлагает агрегаты ДАКН, к которым, кроме
различных вариантов катков, предлагает иную конструкцию в виде двух рядов
ножевой бороны. Секции ножевой бороны вращаются для дополнительного
крошения пласта и выравнивания почвы.
В современных дисковых почвообрабатывающих машинах применяют
диски с постоянной кривизной во всех точках их рабочей поверхности, т. е. сфе-
рические сегменты. Диски с переменной кривизной, образованные вращением
эллипса или параболы, широкого распространения не получили.
а
б
Рисунок 6 – Дисковая стойка в сборе:
а – дисковая стойка в сборе ( с защитой);
б - пружинная стойка в сборе.
Обычно у сферических дисков осуществляют наружную заточку лезвия со
стороны выпуклой поверхности диска. Диски с внутренней заточкой (со стороны
вогнутой поверхности) применяют лишь на некоторых дисковых боронах, пред-
назначенных для работы на твердых почвах.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
20
Диски плугов и лущильников имеют сплошное лезвие, диски борон изго-
товляют со сплошным и вырезным лезвием.
В качестве аналога выбрана дисковая тяжелая борона БДТ–3,5У (Белагро-
маш-Сервис). Данная машина (см. рис. 7) предназначена для работы на всех поч-
вах, с влажностью почвы не более 35%, уклоном поверхности поля не более 100,
твердостью почвы в обрабатываемом слое не более 3,5 МПа.
Это незаменимые сельскохозяйственные машины земледельца для крошения
пластов после вспашки многолетних трав, обработки почв после уборки пропаш-
ных культур и, конечно, для подготовки почвы на занятых парах под озимые
культуры.
Конструкция дисковых борон позволяет обрабатывать почву на глубину 10–15
см, что вполне удовлетворяет требования к возделыванию озимых на занятых
парах.
Рисунок 7 – Борона БДТ–3,5У (общий вид)
По техническому состоянию рабочих органов допустимая толщина режущих
кромок дисков составляет 0,3…0,4 мм, заточка с выпуклой стороны 10…20 гра-
дусов. Зазор между диском и чистиками 2…4 мм, диски на своих осях должны
вращаться свободно. Диаметры дисков борон должны быть одинаковыми. Дав-
ление в шинах опорных колёс — 1,7…2,0 кгс/см².
Глубина обработки регулируется изменением положения дисковых батарей
относительно продольной оси агрегата, то есть углом атаки, который устанавли-
вается в зависимости от условий работы в трёх значениях: 12, 15 и 18градусов.
У борон БДТ–3 глубина обработки передними и задними батареями регули-
руется винтовым механизмом, который через кронштейн и тягу соединяется с
коленчатой осью.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
21
Угол атаки дисковых борон регулируют поворотом подвижных секций бата-
рей относительно неподвижно закреплённых концов. Для этого ослабляют гайки
крепления секций и вынимают из фиксирующих отверстий штыри, гидросисте-
мой поднимают раму от земли и трактором подают бороны вперёд и назад. По-
сле поворота на задний угол атаки секции фиксируют штырём и закрепляют гай-
ками.
Окончательную регулировку на глубину обработки почвы производят в поле.
При этом передний и задний ряды батарей должны обрабатывать почву на оди-
наковую глубину.
У прицепных борон равномерность глубины хода рабочих органов достига-
ется изменением высоты прицепа бороны относительно поверхности поля при
помощи навесного механизма трактора, у навесных — изменением длины цен-
тральной тяги.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
22
4. РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗА-
ТЕЛЕЙ АГРЕГАТА
1) Минимальное тяговое удельное сопротивление агрегата k
min
, кН/м для посев-
ных агрегатов, при максимальной скорости движения агрегата по агротехнике
определяется по формуле
k
min
= сk
o
min
[1+(v - v
0
)∆
c
],
где k
o
min
– удельноеминимальное сопротивление бороны при эталонной скорости
движения v
0
= 5км/ч, а v – рабочая скорость , км/ч(см. табл. 1 и 2); ∆
c
=0,05– темп
нарастания удельного сопротивления на единицу скорости; с=1 – коэффициент,
учитывающий способ агрегатирования (для прицепных, полуприцепных машин,
а также агрегатируемых с помощью НУ на плавающем положении).
k
min
= 14,1 [1+(10 - 5) 0,05] = 5,13кН/м
2) Максимальное тяговое удельное сопротивление агрегата k
max
для дискования,
кН/м, при максимальной скорости движения агрегата по агротехнике определя-
ется по формуле:
k
max
= сk
o
max
[1+(v - v
0
) ∆
c
] ,
где k
o
max
– удельное мaксимальное сопротивление бороны при эталонной скоро-
сти движения v
0
= 5 км/ч, а v – рабочая скорость (см. табл. 1 и 2); ∆
c
=0,02– темп
нарастания удельного сопротивления на единицу скорости; с=1 – коэффициент,
учитывающий способ агрегатирования (для прицепных, полуприцепных машин,
а также агрегатируемых с помощью НУ на плавающем положении).
k
max
= 16 [1+(10 - 5) 0,05] = 7,5 кН/м.
3) Минимальное тяговое рабочее сопротивление бороны R
а
min
, кН/м
2
определяет-
ся по формуле:
R
а
min
= k
min
∙В
р
,
где В
р
= 4,2 м– рабочая ширина захвата, м.
R
а
min
=5,13∙4,2 = 21,55кН
4) Максимальное тяговое рабочее сопротивление бороныR
а
max
, кН/м
2
определяет-
ся по формуле:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
23
R
а
max
= k
max
∙В
р
,
где В
р
– рабочая ширина захвата, м (см. табл. 1 и 2).
R
а
max
= 7,5∙4,2= 31,5 кН
4) Среднее тяговое рабочее сопротивление бороны R
а
с
, кН/м определяется по
формуле:
R
а
с
= (R
а
min
+ R
а
max
)/2,
R
а
с
= (21,55+31,5):2 = 26,53 кН
5) Определяем ориентировочное номинальное тяговое усилие трактора Р
т
, необ-
ходимое для нормального агрегатирования бороны по формуле
Р
т
= R
а
с
/ η
у
,
где η
у
= 0,85 – коэффициент использования тягового усилия трактора на диско-
вании.
Р
т
= 26,53/0,85 = 31,21 кН.
5) Определяем ориентировочную величину эксплуатационной массы трактора m
т
соответствующего номинальному тяговому усилию Р
т
по следующей формуле:
m
т
= Р
т
/ (gφ
крн
) ,
где g = 9,8 м/с
2
– ускорение свободного падения; φ
крн
=0,45 – коэффициент ис-
пользования сцепного веса трактора при допустимом (номинальном) буксовании.
m
т
= 31,21 / (9,8∙0,45) = 7,08т = 7080 кг
6) Определяем тяговую мощность N
тяг
по формуле :
тяг
=
R
а
с
∙
3,6
,
тяг
=
, ∙
,
= 73,69 кВт.
7) Определяем потери мощности на перекатывание трактора в составе МТА N
f
по
формуле :
=
т
g
3,6
,
где m
т
=8,39 т – масса трактора «БЕЛАРУС-2522»;
f= 0,1– коэффициент перекатывания трактора.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
24
=
8,39 ∙ 9,8 ∙ 0,1 ∙ 10
3,6
= 22,84 кВт.
8) Находим ориентировочную величину буксования трактора δ в полевых усло-
виях (на стерне) :
δ = 0,6R
а
с
δ = 0,6 ∙ 26,53 = 15,92.
9) Определяем потери мощности на буксование трактора в составе МТА N
δ
по
формуле
= 0,01δ(
тяг
+
)
= 0,01 ∙ 15,92 ∙ (73,69 + 22,84) = 15,37 кВт.
10) Определяем потери мощности в трансмиссии трактора N
м
по формуле:
м
= 1 − η
м
тяг
+
+
,
м
= (1 − 0,9)(73,69 + 22,84 + 15,37) = 11,19 кВт.
где η
м
= 0,9 – усредненный КПД трансмиссии трактора.
11) Определяем баланс мощности трактора N
е
им
, используемой и затрачиваемой
при выполнении технологического процесса по формуле
е
им
=
тяг
+
+
+
м
,
е
им
= 73,69 + 22,84 + 15,37 + 11,19 = 123,1 кВт.
12)Определяем степень использования баланс мощности трактора N
е
им
, исполь-
зуемой и затрачиваемой при выполнении технологического процесса по форму-
ле:
К
им
=
е
им
е
,
К
им
= 123,1 : 156 = 0,79.
где N
e
= 156 кВт – номинальная мощность двигателя трактора «БЕЛАРУС-2422».
13) Рассчитанные выше энергетические показатели соответствуют тракторам тя-
гового класса 4, например трактору марки «БЕЛАРУС-2522». То есть энергети-
ческие характеристики трактора тягового класса 4 в целом соответствуют харак-
теристикам агрегатируемой бороны.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
25
14) Рассчитаем техническую (нормативную) производительность W
ч
н
за час ра-
боты по следующей формуле:
W
ч
н
= 0,36∙В
р
∙v∙τ .
где τ=0,8 – коэффициент использования времени смены;где v= 2,78 м/с – рабочая
скорость бороны в м/с.
W
ч
н
= 0,36∙4,2∙2,78∙0,8 = 3,36 га/ч .
12) Рассчитаем техническую (нормативную) производительность W
см
н
за смену
работы по следующей формуле
W
см
н
= 0,36∙В
р
∙v∙Т∙τ.
где Т=7 ч – время смены;
W
см
н
= 0,36∙4,2∙2,78∙7∙0,8 = 23,54га/смену.
13) Рассчитаем ориентировочный удельный расход энергии Е
р
при рабочем ходе
агрегата по следующей формуле:
Е
р
=
е
∙ К
им
В
р
∙
,
где v= 2,78 м/с – рабочая скорость бороны в м/с.
Е
р
= (156∙0,79) : (4,2∙2,78) = 10,46кДж/м
2
14) Рассчитаем ориентировочный удельный расход топлива θ
р
по следующей
формуле:
р
=
е
∙ К
им
3,6 ∙ 10 ∙ В
р
∙
е
где v= 2,78 м/с – рабочая скорость бороны в м/с;g
е
= 249 г/кВтч – удельный рас-
ход топлива для трактора «БЕЛАРУС-2522».
р
=
156 ∙ 0,79
3,6 ∙ 1000000 ∙ 4,2 ∙ 2,78
249 = 7,3
кг
м
.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
26
5 ОБОСНОВАНИЕ И РАСЧЕТ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И
РЕЖИМОВ РАБОТЫ ОРГАНОВ МАШИНЫ В СООТВЕТСТВИИ С УС-
ЛОВИЯМИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
а) Общие сведения по бороне
В соответствие с условиями курсового проектирования разработана конст-
рукция дисковой боронына базе дисковой тяжелой бороны БДТ–3,5У производ-
ства «Белагромаш-Сервис», а также с учетом анализа существующих конструк-
ций борон других производителей.
Спроектированному изделию присвоено наименование «Борона полевая дис-
ковая тяжелая БПДТ-420». Общие виды приведены на рисунках 8 и 9.
Рисунок 8 – Борона БПДТ-420:
1 – устройство прицепное; 2 – рамка; 3 – рама основная; 4 – тележка транспортная; 5- колеса; 6
– секция прикатывающая; 7 – секция дисков; 8 – рама секций; 9 – стяжка винтовая.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
27
Рисунок 9 – Секция бороны в сборе:
1 – диск; 2 – шпулька; 3 – стойка; 4 – вал.
Рисунок 10 – Схема агрегатирования бороны с трактором «Беларус 2522»
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
28
б) Обоснование основных параметров рабочих органов
Рабочими органами проектируемой дисковой бороны служат вырезные дис-
ки. Дисковые рабочие органы бороны не только движутся поступательно вме-
сте с рамой машины, но и вращаются под действием реакции почвы.
1. Геометрические параметры диска
К основным геометрическим параметрам дисков бороны (см. рис. 11) отно-
сится диаметр D и радиус кривизны R
c
(радиус сферы)
Рисунок 11- Схема расположения дисков
Диаметр дисков выбирают из условий обеспечения требуемой глубины об-
работки и экономии металла.
Рассчитываем диаметр диска исходя из заданной глубины обработки и ко-
эффициента пропорциональности по формуле
a
1
α
a
h
0
b
∆b
α
0
1
'
1
2
3
1'
a
1
a
2
a
3
2'
3'
a
2
a
3
A'
D
R
c
A
C'
0
2
'
0
3
'
C
B
B'
a
1
α
a
h
0
b
∆b
α
0
1
'
1
2
3
1'
a
1
a
2
a
3
2'
3'
a
2
a
3
A'
D
R
c
A
C'
0
2
'
0
3
'
C
B
B'
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
29
=
=> = ∙ ,
где а=14 см – глубина обработки почвы, мм.; k=4 – коэффициент пропорцио-
нальности.
= 4 ∙ 14 = 56 см = 560 мм
= 2 ∙
с
∙ sin =>
с
=
2 ∙ sin
,
где φ=24 градуса – угол при вершине сектора диска.
с
=
560
2 ∙
24°
≈ 688,41 мм
Принимаем R = 680 мм.
в) Расстановка рабочих органов
Расстановку рабочих органов в бороне осуществляем по обычной схеме
принятой для машин такого рода (см. рис. 12). Диски собирают в батареи, т.е.
насаживают на ось с распорными шпульками (катушками). Во время работы
ось вместе с дисками и шпульками вращается в подшипниках.
Рисунок 12 – Схема размещения рабочих органов
Расстояние b между дисками (см. рис.12) определяют из условия устранения
вероятности заклинивания пласта и отдельных глыб почвы между дисками (b>
1,2а) и обеспечения допустимой высоты гребней на дне борозды (h< 0,5a).
Расстояние между дисками батареи определяют по формуле
= 2 ∙ ℎ ∙ ( − ℎ) ∙
,
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
30
где D – диаметр диска, мм; α=20 градусов – угол атаки; h=6 см – высота гре-
бешков, мм. Выбирается в зависимости от агротехнических требований из ус-
ловия:
= 2 ∙ 60 ∙ (560 − 60) ∙ 20° ≈ 205 мм
Полоса почвы, обрабатываемая одним диском определяется по формуле:
= 2 ∙
∙ ( − ) ∙ sin ,
где а – глубина обработки почвы, мм; sinα– угол атаки, градус.
= 2 ∙ 140 ∙ (560 − 140) ∙ sin 20° ≈ 286 мм
Общая ширина захвата батареи определяется по формуле
=
∙
cos
,
где n=7 штук – число дисков в батарее.
=
7 ∙ 205
cos20°
≈ 1527 мм
Перекрытие между дисками j определяем по формуле:
=
∙ ( − ) − ℎ − ( − ℎ) ∙ sin ,
= 140 ∙ (560 − 140) − 60 ∙ (560 − 60) ∙ sin 20° ≈ 183 мм
Качество работы дисковых орудий оценивают по равномерности обработки
почвы по глубине из условия:
т
= 1 −
ℎ
2 ∙
,
где а – глубина обработки, мм; h – высота гребешков диска, мм.
т
= 1 −
60
2 ∙ 140
= 0,7
Определяем толщину сферических дисков из эмпирической зависимости:
= 0,008 ∙ + 1,
= 0,008 ∙ 560 + 1 = 5,48 мм
Принимаем толщину сферических дисков равной 5 мм.
Диски бороны затачиваем с выпуклой наружной стороны, при этом прини-
маем угол заточки i=10…20 градусов. Более острые углы заточки приводят к
ослаблению прочности лезвия и быстрому его выщербливанию, а более тупые –
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
31
к увеличению затылочного угла ε
2
, ухудшению заглубляемости диска в поч-
ву.Затылочный угол меняется с глубиной обработки. Для нормальной работы
диска необходимо, чтобы затылочный угол на уровне поверхности поля был
положительным.
Определим длину хорды l
h
погруженного в почву сегмента диска на глубину а.
=
∙
,
=
205
20° ∙ 140
= 4,1 мм
Затылочный угол диска ∆ определяем по формуле:
∆ =
− +
,
∆ = 20° − 15° + 38° = 3°
Определяем угол наклона дисков
по формуле
=
− ∆ ,
где Δε
a
– затылочный угол диска.
=
20° −
3° =
17°
Угол наклона образующей конуса заточки к плоскости режущей кромки опре-
деляется по формуле
=
∙
∙
,
=
∙
560
4,1
∙
17° = 89 °
Угол, характеризующий кривизну рабочей поверхности диска определяем по
формуле
= − ,
где i= 15º – угол заточки диска.
= 89° − 15° = 74°
Подсчитываем расстояние s между вершинами гребней по формуле:
= ∙ cos = 205 ∙ cos 20° = 192,7 мм.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
32
6 ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ
а) Расчет винтовой стяжки
Винтовая стяжка имеет левую и правую резьбы. Рассчитаем винт и гайку
стяжки при условии, что сила F, действующая на стяжку равна 30000 Н.
Рисунок 13 – Схема винтовой стяжки
Материал винта и стяжки сталь 35 (δ
Т
= 300 Н/мм
2
); коэффициент трения
резьбы f=0,18; коэффициент запаса прочности [s] = 2,5
[δ
р
] =
Т
[ ]
(34)
[δ
р
] =
300
2,5
= 120 Н/мм
Определим внутренний диаметр резьбы на конце стяжки по формуле:
=
4 ∙ 1,3
р
,
=
4 ∙ 1,3 ∙ 30000
3,14 ∙ 120
= 20,4 мм
Принимаем окончательно диаметр резьбы М24. Резьба согласно стандарта,
имеет следующие размеры: внутренний диаметр d
1
=20,752 мм; средний диаметр
d
2
=22,051мм; шаг резьбы Р=3 мм; угол подъема резьбы ψ = 2
0
30
/
; высота профи-
ля h=1,624 мм.
Находим высоту гайки Низ условия прочности витков на срез по формуле:
ср
= 0,2
Т
(36)
ср
= 0,2 ∙ 300 = 60 Н/мм
Н =
ср
К
,
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
33
Н =
30000
3,14 ∙ 20,75 ∙ 0,87 ∙ 60 ∙ 0,7
= 12,6 мм
Принимаем высоту гайки по стандарту Н= 20 мм
Момент трения в резьбе определим по формуле:
Т
р
=
2
+
/
,
/
=
/2
=
0,18
30
= 10 43
/
где α= 60 градусов – угол профиля резьбы.
Подставив найденные величины, получим следующее
Т
р
= 30000
22,05
2
2 30
/
+ 10 43
/
= 83400 Нм
Определим КПД винта по формуле:
=
[ +
/
]
,
=
2 30
/
[2 30
/
+ 10 43
/
]
= 0,173
Найдем окружное усилие, приходящееся на один болт по следующей форму-
ле:
=
2
,
=
2 ∙ 3,82 ∙ 10
236 ∙ 6
= 5395 Н
б) Расчет оси батареи бороны
Ось нагружена изгибающей нагрузкой, и следовательно её рассчитывают
на изгиб.
После составления расчётной схемы и определения всех сил, действующих
на ось, построим эпюру изгибающих моментов и по максимальному изгибаю-
щему моменту произведём расчёт самой оси.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
34
Так как ось является основанием дисковой батареи, с учётом её длины про-
изведём расчёт на статическую прочность по формуле
и
=
экв
10 ∙
≤ [
и
],
где d – диаметр оси, мм; М
экв
– изгибающий момент в опасном сечении оси,
Н/м;[
и
] – допускаемое напряжение на изгиб. Допускаемое напряжение опреде-
ляем по справочным данным.
R
1290 см
R
a
b
c
R
Б – расчётная схема оси
A
b
d
c
M
x
M
y
l
l / 2
l / 40
А – Эпюры изгибающих моментов
Рисунок 14 – Расчетные схемы для вала
Диаметр оси определяем ориентировочно из расчёта на кручение по формуле:
=
120 ∙
∙ [ ]
,
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
35
где V – скорость вращения дисков при бороновании. При работе на ΙΙ – 1 р
передаче V= 1,5 м /с.
[τ] – допускаемое напряжение на кручение. При проектировочном
расчёте принимаем [τ] = 20 – 25 МПа.
=
120 ∙ 1.5
3,14 ∙ 20
= 0.05 м = 50 мм
Определяем изгибающие моменты по характерным точкам.
Вертикальная плоскость:
М
а
= 0H;
= ∙
(43)
где R – реакция поверхности поля. К = 480 Н .
l – длина оси. Принимаем длину оси 1290 см.
= 480 ∙ 1290 = 6192 ∙ 10 ;
= ∙
40
,
= 480 ∙
1290
60
= 10320 ;
M
c
= 0 H
В горизонтальной плоскости:
M
a
= 0 H;
= ∙
∙
2
,
где d – диаметр оси.
= 480 ∙ 0,05 ∙
12900
2
= 387 ;
= ∙
∙
40
,
= 480 ∙ 0,05 ∙
12900
40
= 19,4 ;
М
с
= 0 Н.
Выбираем наиболее нагруженное сечение и определяем эквивалентный
момент по формуле:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
36
экв
=
+
,
экв
= (6192 ∙ 10 ) + 387 = 619 ∙ 10
и
=
619 ∙ 10
10 ∙ 0.05
= 49,52 МПа
По справочным данным для оси изготовленной из материала сталь 45, с
термической обработкой – закалка δ
в
≥ 850 МПа, δ
-1
≥ 340 МПа, при установ-
ке дисков с небольшим натягом, допустимое значение [
и
] = 75 МПа.Таким
образом условие прочности выполняется.
Для того что бы деталь (ось) не вышла из строя в процессе работы она
должна быть достаточно жёсткой. Жёсткость на изгиб обеспечивает оси рав-
номерное распределение давления по всей длине оси. Параметры характери-
зующие степень жёсткости на изгиб: Ө
max
– угол наклона поперечного сечения
оси и у
max
- наибольший прогиб оси.
Расчёт оси на жёсткость производится только после расчёта её на проч-
ность, когда известны форма и размер.
Допустимое значение угла наклона для квадратного поперечного сече-
ния составляет [ ] ≤ 0.0025 радиан.
Максимально допустимый прогиб определяем из соотношения:
[ ] ≤ (0.0021… 0.0042) ∙
(47)
где l=205 мм – расстояние между опорами (соседними дисками бата-
реи).
[ ] = 0.0033 ∙ 205 ≤ 0.676 мм
Для обеспечения жёсткости на изгиб оси, необходимо что бы действи-
тельные максимальные значения Ө
max
и у
max
не превышали допустимые [Ө] и
[y]:
≤ [ ],
≤ [ ],
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
37
Угол наклона определяем по формуле:
=
∙ ∙
6 ∙ ∙ ∙
,
где R
i
– сила реакции почвы на рассчитываемой передаче; l – расстояние между
двумя соседними дисками на батарее, мм; d – размер поперечного сечения оси,
мм; Е – модуль упругости материала оси. Принимаем из справочника модуль
упругости стали 45 равной 200000 МПа; I – осевой момент инерции площади по
сечения оси.
Осевой момент инерции для квадратного профиля оси определяем по
формуле
=
=
12
,
где b – ширина профиля оси. Из расчётов следует, что d = 50 мм.
=
=
0.05
12
= 5.2 ∙ 10 м.
р
=
339.5 ∙ 0.205 ∙ 0.05
6 ∙ 200000 ∙ 5.2 ∙ 10 ∙ 0.205
= 0° 068′
р
=
296.1 ∙ 0.205 ∙ 0.05
6 ∙ 200000 ∙ 5.2 ∙ 10 ∙ 0.205
= 0° 059′
Полученные углы переведем из градусов в радианы.
Таким образом углу наклона
р
= 0° 068′ в таблице Брайдеса соответ-
ствует угол в 0.0003 радиана, углу наклона
р
= 0° 059′ в таблице Брайдеса
так же соответствует угол в 0.0003 радиана. Следовательно допустимое значе-
ние угла наклона для квадратного поперечного сечения соответствует условию
жёсткости.
Определяем наибольший прогиб оси по формуле: [1, таблица 16.4]
=
∙ ∙
3 ∙ ∙ ∙
,
где R
i
– сила реакции почвы на рассчитываемой передаче, Н; l – расстояние
между двумя соседними дисками на батарее, мм; d – размер поперечного сече-
ния оси, мм; Е – модуль упругости материала оси. Принимаем из справочника
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
38
модуль упругости стали 45 равной 200000 МПа;I – осевой момент инерции
площади по сечения оси.
р
=
339.5 ∙ 0.205 ∙ 0.05
3 ∙ 200000 ∙ 5.2 ∙ 10 ∙ 0.205
= 0.558 мм;
р
=
296.1 ∙ 0.205 ∙ 0.05
3 ∙ 200000 ∙ 5.2 ∙ 10 ∙ 0.205
= 0.486 мм.
Условие жёсткости выполняется.
Произведём расчет оси на сопротивление усталости. При расчётах на
усталость учитываются все основные факторы, влияющие на прочность оси:
характер напряжения в зависимости от абсолютных размеров оси, состояние
поверхности и поверхностное упрочнение.
Сначала определим предел выносливости при изгибе оси, изготовлен-
ной из материала – сталь 45Х, из условия:
= (0.4 ÷ 0.5) ∙
в
,
где
в
– предел прочности. Предел прочности стали 45Х принимаем равным
570 МПа.
Тогда:
= 0.4 ∙ 570 = 228 МПа
Рассчитываем неподвижную ось на сопротивление усталости, напряже-
ние в которой изменяется по отнулевому циклу, по формуле 16.11 [1]:
=
∙ 10
∙
( ∙ )
+
≥ [
в
] ,
где
– предел выносливости при изгибе, МПа;
– амплитуда цикла при
изгибе. При отнулевом цикле
=
и
, где
и
– расчётное напряжение на изгиб
в рассматриваемом сечении;
– эффективный коэффициент концентрации
напряжений при изгибе. Значение коэффициента
принимаем в зависимости
от состояния поверхности оси. При обточки поверхностей оси обеспечивается
шероховатость Rz 8 , следовательно значение коэффициента
при
=
228 МПа принимает значение 1.05;
– коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения (мас-
штабный коэффициент). Значение
определяем [1, страница 271] для раз-
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
39
мера поперечного сечения оси в 50 мм. изготовленной из легированной стали
45Х коэффициент принимает значение 0,7;
– коэффициент влияния поверхностного упрочнения. Определяем этот ко-
эффициент по справочным данным Поверхностная обработка оси – закалка,
что обеспечивает предел прочности сердцевины до 800 МПа. Для гладкого ва-
ла
принимает значение 1,5;
– коэффициент чувствительности к асимметрии цикла напряжений.
Значение коэффициента принимаем на основании данных. Для стали 45Х с
пределом прочности в 570 МПа
= 0.05.
Определяем напряжение на изгиб по формуле
и
=
∙
0.1 ∙
,
где R
i
– сопротивление почвы на i передаче, Н; l – расстояние между соседними
дисками батареи, мм; d– размер поперечного сечения оси.
и
р
=
339,5 ∙ 0,205
10 ∙ 0,05
= 556,78 МПа;
и
р
=
296.1 ∙ 0,205
10 ∙ 0,05
= 485,61 МПа.
Определяем сопротивление усталости для выбранных передач:
и
р
=
228 ∙ 10
, ∙ ,
( , ∙ , )
+ 0,05
= 409,46 МПа;
и
р
=
228 ∙ 10
, ∙ ,
( , ∙ , )
+ 0,05
= 469,46 МПа.
Полученные данные свидетельствуют о достаточной прочности оси, так
как числовые значения не превышают допустимый предел прочности в 570
МПа.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
40
Заключение
Научно-технический процесс в механизации сельскохозяйственного произ-
водства направлен на снижение удельных затрат энергии, повышение произво-
дительности, улучшение показателей качества выполняемой работы и условий
труда тракториста-машиниста, автоматизацию рабочего процесса машин, сни-
жение техногенной нагрузки на природную среду. При разработке новой техни-
ки используют принцип дополнения или принцип замены. В первом случае про-
изводственную машину усовершенствуют или модернизируют без изменения ее
рабочего процесса. Производительность усовершенствованной машины увели-
чивается в 1,3 раза, а модернизированной – в 1,6 раза по сравнению с производ-
ственной. Во втором случае, используя изобретения, разрабатывают новую или
принципиально новую машину, рабочий процесс которой отличается сущест-
венной новизной, а производительность возрастает в 2 раза и более.
В отличие от промышленности в сельском хозяйстве машины непосред-
ственно воздействуют на объекты живой природы: растения, семена, почву, на-
селенную разнообразными живыми организмами, и др. При выполнении тех-
нологических процессов машины должны, во-первых, создавать наилучшие ус-
ловия для возделывания растений, а во-вторых, не наносить им вреда и не соз-
давать условий, препятствующих их развитию. Поэтому при создании новых
машин или выборе их из образцов, выпускаемых промышленностью, учитыва-
ют технологические свойства и агробиологические особенности возделывае-
мых растений, почвенно-климатические условия и сроки работ. Для успешного
применения машин важно также, чтобы растения были приспособлены для ма-
шинной технологии их возделывания. Это требование учитывают при выведе-
нии и районировании новых сортов сельскохозяйственных культур. Агрономы,
экономисты, инженеры и другие специалисты должны иметь необходимые
знания о сельскохозяйственных машинах, с тем чтобы выбирать на рынке эко-
номически эффективные образцы техники, составлять из них комплексы для
реализации запланированных технологий и организовывать эффективное их
использование.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
41
Список использованной литературы
1. Клецкин М.И. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин. Т. 2.
М., изд-во «Машиностроение», 1967.
2. Сабликов М.В. Курсовое и дипломное проектирование по сельскохозяйствен-
ным машинам. М., изд-во «Колос», 1973.
3. Лурье А.Б. Курсовое и дипломное проектирование по сельскохозяйственным и
мелиоративным машинам. Л., изд-во «Ленинград ВО Агропромиздат», 1991.
4. Карпенко А.Н. Сельскохозяйственные машины. М., изд-во «Агропромиз-
дат»,1989.
5. Альбом-справочник. Скоростная сельскохозяйственная техника. М., изд-во
«Россельхозиздат», 1977.
6. Иванов М.Н. Детали машин. М., изд-во «Высшая школа», 1991.
7. Будько Ю. В. И др. Эксплуатация машинного-тракторного парка. Мн. : Урад-
жай, 1991.
8. Зангиев А.А. и др. Эксплуатация машинного-тракторного парка. – М.: КолосС.
2003.
9. Проспекты сельскохозяйственных машин.
10. ГОСТ 100677-2001 (Устройство навесное заднее сельскохозяйственных
тракторов классов 0,6-8) -М.: ИПК Издательство стандартов, 2002.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
42
ПРИЛОЖЕНИЕ
Информация о работе Разработка конструкции дисковой полевой бороны