Розрахунки, що пдтверджують працездатність машини

 

ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗРАХУНОК

 

5.1.1 Розрахунок параметрів лап

У цьому розділі курсової роботи слід розрахувати кут 2 γ при вершині стрілчастої лапи, раціональну величину перекриття Δ в, ширину захвату в, вибрати інші параметри з рекомендованих значень.

Вихідними даними є типи грунтів, необхідний зсув S бур'яну, що гарантує його перерізання або розрив.

Культиватори для передпосівної обробки грунту комплектуються полольними і розпушувальними лапами. Полольними лапи призначені для знищення бур'янів, вони працюють на глибині 6-12 см, а іноді до 25 см.

Основним полольним робочим органом є стрілчаста лапа, яка може бути з хвостовиком або без нього. Розміри і форма полольної

 

Рис 4.Стрельчатая лапа.

лапи характеризуються кутами розхилу 2 γ і кришення α; шириною захвату в, а також шириною на початку в₁ в кінці в₂ крила лапи і обрисом грудей лапи (рис. 4). Кут γ слід вибирати таким, щоб підрізання бур'янів вироблялося
ковзаючим різанням, а коріння вирваних бур'янів неспинно ковзали вздовж леза. При невиконанні цієї умови відбувається налипання (вкривання) леза.

Для того щоб бур'ян О (рис.5 а) ковзав вздовж леза, має дотримуватися умова:
(1)
де φ - кут тертя бур'яну по лезу.
Якщо ця умова не дотримана (рис. 5,б), то лобовий опір грунту Р, що відчуває бур’ян, буде

Рис5. Схема до обгрунтування кута γ:

а-різання з ковзанням,

б-різання без ковзання.

 

 

проходити всередині кута тертя NOA і сила Р не зможе викликати ковзання бур'яну вздовж леза.

Зазвичай φ ≈ 47,70 згідно співвідношенню (1), кут розхилу лапи 2γ ≤ 90 °. Однак налипання грунту на лапу перешкоджає ковзанню бур'янів, тому для обробки вологих липких грунтів, кут γ повинен бути значно менше, ніж передбачено залежністю (1).
З іншого боку, зменшення кута γ знижує відсоток підрізання бур'янів, так як зменшується величина S вигину і зсуву бур'яну. Тому для повного підрізання бур'янів не слід зменшувати кут розхилуу 2 γ, а обмежитися його вибором в рекомендованих межах: для лап працюючих на липких грунтах (глина. чорнозем) 2 γ ≈ 55-60°, а на піщаних 75-80°. Визначимо з цих міркувань кут γ. Приймаємо 2 γ = 55-75°.

Слід розрахувати необхідну величину S вигину і зсуву бур'яну, яке забезпечить задане перекриття лап.

При наїзді на бур'ян О (рис. 6) лезо лапи тисне на його корінь і викликає вигин і зміщення його по лінії ОО₁ відхиленою від нормалі до леза на кут φ. Якщо до моменту, сходу з крила лапи бур'ян виявиться неперерізаним, то він зміститься на відстань
(2)
де Δ в -перекриття між лапами.

Імовірність виживання лише пошкодженого бур'яну зростає зі зменшенням зміщення S.
Із виразу (2) видно, що S убуває із зменшенням перекриття та кута γ. Визначивши рекомендоване перекриття, обчислимо за виразом (2) величину зміщення бур'яну для проектованого культиватора. Приймаємо перекриття між лапами Δ в = 30 мм. для кута γ₁ = 55°. А для кута γ₂ = 75° Δ в = 50 мм. Тоді

зсув S₁ буде рівним:

 

Рис 6. Визначення
S₁ = 30 / cos (27,5 +47,7) = 99,765 мм величини переміщення S
бур'яну під впливом лапи.
S2 = 50 / cos (37,5 +47,7) = 131 мм
S змінюється в межах 99,765-131 мм в залежності від кута γ.
Ширина захвату лап вибирається з урахуванням того, що цей параметр теж впливає на скупчення неперерызаних бур'янів на кінцях їхніх крил. Вкривання лез широкозахватних лап і відсутність вкривання тих же умовах роботи лап малої ширини захвату, що мають однакове значення кутів 2 γ і β, відзначено багатьма авторами. Цей феномен має не статичний, а динамічний характер, тобто лезо буває оповите не нерухомими повислими бур'янами, а повільно вздовж нього ковзаючими.
При переміщенні лапи в пухкому грунті з положення I в положення ІІ (рис. 7) усі бур'яни, що знаходяться на площині АВСD, будуть зірвані зі

свого місця і, переміщаючись разом з лапою і одночасно ковзаючи вздовж її леза, накопичиться на ділянці леза СD
Кількість бур'янів на цій ділянці леза:
(3)
де і -число бур'янів на одиницю площі поля;
L-середня лінія трапеції;
h-висота трапеції АВСD.
Накопичення бур'янів на лезі зазвичай виявляється саме на кінці крила. Це пояснюється тим, що лапи більшої ширини захвату бувають встановлені на культиваторі в другому ряду.
Кінці крил цих лап рухаються в грунті, розпушування лапами першого ряду, тому лобовий опір бур'яну на кінці крила може виявитися недостатнім для того, щоб тангенціальна складова цього зусилля була здатна подолати крім сил тертя також опір зсуву шару грунту, налипаючоо на поверхню
лапи: бур'ян, ковзаючи вздовж леза, повинен очистити з лапи цей шар грунтів.
З (рис.7) видно, що ділянка CD леза лапи є найбільш навантаженим за кількістю проходячих через нього бур'янів у разі неперерезанія їх іншими ділянками

 

Рис7. Схема
леза. Виберемо довжин ділянки CD = Δl процесу динамічного
відповідно до перекриття лап: вкриття бур'янами
леза полольнимі лапи.
(4)
тоді для забезпечення безпосереднього контакту бур'янів з лезом їх кількість на цій ділянці леза повинно бути не більше
(5)
де d-середній діаметр стебла бур'яну.

Для даного розрахунку можна прийняти d ≈ 4 мм.
Площа трапеції, з якою бур'яни зібралися на ділянку Δl леза, визначається висотою Δh і довжинами сторін АD і ВС
(6)
(7)
(8)
Враховуючи рівність (3), можна перевірити ширину захвату лапи, при якій

умови перерізання бур'янів будуть задовільняти навіть накінцях крил:
(9)
Обчислимо Δh:
Δh₁ = 30 cos 47.7/sin27, 5 = 45,941 мм,
Δh₂ = 30 cos 47.7/sin37, 5 = 58,077 мм
Приймаємо в ₁ = 270 мм, тоді
А₁D₁ = 270/2cos (27,5 +47,7) = 448,944 мм
B₁C₁ = 448,944 +30 0,707 / 0,4617-30 0,707 3,1716 / 0,46 = 348,644 мм
L₁ = А₁D₁ + B₁C₁ / 2
L₁ = 448,944 +348,644 / 2 = 398,794 мм
Підставивши формулу (3) у формулу (9) одержимо:
в ≥ Δ в ₁ + [(2 ί L₁ Δh₁) cos (φ + γ) sin γ / ί Δ в ₁ cosφ] (10)
тоді в ₁ чисельно дорівнює:
в ₁ = 30 + [(2 1 398,794 45,941) cos (47.7 +27,5) sin 27,5 / 1 30 cos47.7]= = 268,37 мм
умова задовольняє, значить вірно.
Тепер обчислимо для кута γ = 37,50
Приймаємо В₂ = 330 мм, тоді
А₂D₂ = 330/2cos (37,5 +47.7) = 1264,1 мм
B₂C₂ = 1264,1 + (50 0,707 / 0,608) - (50 0,707 7,59 / 0,608) = 880,95 мм
L₂ = А₂D₂ + B₂C₂ / 2
L₂ = 1264,1 +880,95 / 2 = 1072,525 мм
в₂ ≥ 50 + [(2 1 1072,525 58,07) 0,1305 0,608 / 1 50 0,707] = 279.58 мм
Отриманий результат слід порівняти з рекомендаціями практичного характеру: для липких глинистих грунтів в ≤ 35 см, для супіщаних в ≤ 45 см
При виборі ширини захвату лапи у відповідності з виразом (9) слід передбачити два значення цього параметра; лапи заднього ряду йдуть по частково обробленому грунті, тому вони відчувають менше навантаження і можуть бути ширшими, ніж лапи переднього ряду. За аналогією зі стандартними значеннями можна прийняти відношення:
(11)
в ₁ = 270/0, 82 = 329,27 мм, для липких глинистих грунтів в ₁ ≤ 350 мм умову задовольняє
в ₂ = 330/0, 82 = 402,44 мм, для супіщаних в₂ ≤ 450 мм умову задовольняє, значить вірно.
Ступінь виробленого лапою розпушування грунту визначається величиною кута кришення і шириною крила: чим менше кут і вже крило лапи, тим менше розпушування грунту. За величиною кута лапи діляться на плоскорізальну β = 12-18 і універсальну β = 25-30.
Ширину крила лапи зазвичай роблять зменшуючою ближче до кінця.
Мінімальна ширина крила в₂= 30-50 мм, а максимальна в₁= 1,5 в₂

Приймаємо мінімальну ширину крила в ₂ = 50мм, тоді в ₁ = 1,5 ·50 = 75мм
Товщина матеріалу δ вибирається залежно від ширини захвату:

для універсальних δ ≤ 0,03 в тоді
δ ≤ 0,03 · 330 = 6,6 мм.
Загострення леза приймаємо комбінованим.

Рис8. Комбінований спосіб заточки леза лапи.
Для забезпечення стійкості ходу лап по глибині лезо повинно мати
позитивний задній кут різання ε ≥ 100в перерізі крила вертикальною площиною, перпендикулярної лезу. За властивостями матеріалу, що застосовується для виготовлення лап,
кут загострення ί не повинен бути менше 12-15 °. Передній кут
різання β₀ = ί + ε = (12 ÷ 15) +10 = 22 ÷ 25. Тому заточування леза приймаємо комбіноване.
Кут α, утворений лінією А'В 'з опорною площиною, може бути

Рис9. Проекція стрілчастої лапи.
знайдений за формулою:
, але
, і
тому
(12)
Відрізок l, що визначає положення точки В ', дорівнює
(13)
tg α = tg 15 · sin27, 5 = 0,27 · 0,47 = 0,13 кут α = 7,4º
tg α = tg 25 · sin37, 5 = 0,284 кут α = 15º
l ₁ = 75 · 0.258 / 0,128 = 151 мм
l ₂ = 57 · 0,422 / 0,258 = 122,64 мм

5.1.2 Обгрунтування схеми розстановки лап на рамі
Розстановка лап на рамі культиватора визначається трьома параметрами: величиною перекриття Δ в якщо воно вимагається по цілям культивації, кількістю рядів лап і відстанню L між рядами.

Рис 10. До обгрунтування розміщення лап культиватора.
Для визначення зон деформацій грунту скористаємося методом проф. В.С.Жегалова нехай, наприклад, лапа переміщається в грунті, занурена на глибину а_max (рис.10). Перед лапою область деформації буде обмежена прямою mn, розташованої під кутом φ до проведеної через носок n лапи нормалі nN. З бічних сторін область деформації обмежується площинами, складовими з напрямком mn кут ω / 2. По цим даним на поверхні грунту ширина В смуги деформації визначиться величиною

де

звідси (14)
У цих розрахунках приймаємо а _max= 120мм
φ=47,7⁰ ω≈50 тоді
Впер₁ = 270 + (2 · 120 · tg25/cos 55,1) = 466мм
Впер₂ = 330 + (2 · 120 · tg25/cos 55,1) = 526мм
Взад₁ = 329,27 + (2 · 120 · tg25/cos 62,7) = 573мм
Взад₂ = 402,44 + (2 · 120 · tg25/cos 62,7) = 646мм
Враховуючи, що перекриття Δ в визначено раніше, тут слід обчислити відстань між сусідніми борознами
(15)
с=0,5(270+330)-30=270мм

с=0,5(330+400)-50=315 мм

і перекриття зон деформації
(16)
ΔВ = 0,5 (466 +573) -270 = 250мм
ΔВ = 0,5 (526 +646) -315 = 271мм
Що стосується відстані l, між рядами, то вонf визначається з умови вільного виходу випереджаючої тріщини в оброблюваному шарі на поверхню грунту без перешкод з боку попереду стоячих лап. В цьому випадку значно зменшується ймовірність забивання робочих органів грунтом і бур'янами.

Ця умова виконується при
(17)
(18)
Підставивши формулу (18) у формулу (17) отримаємо
(19)
l₀ = l₁ · cos α = 151 · 0,992 = 150мм
l = 120 · tg (15 +47,7) = 233мм, тоді
L ≥ 233 +150 = 383 мм входить в межі L = 350... 550 значить вірно

5.1.3 Розрахунок загального тягового опору культиватора
Цей розрахунок починається з визначення сил, діючих на лапи переднього і задніх рядів у відповідності з їх шириною захвату глибиною обробки і типом грунту.
У загальному вигляді тяговий опір однієї лапи обчислюється за питомим опором q, і шириною захвату в
(20)
Де q - питомий опір грунту, Н / мм;
в -ширина захвату лапи, мм.
Питомий тяговий опір стрілчастих лап з шириною захвату 250-330мм вітчизняних культиваторів при швидкості руху 6 км / год наведено в табл.5.1.

Таблиця 5.1. Питомий опір стрілчастих культиваторних лап

 

Глибина обробки, см
Питомий опір, Н/мм	0,8-1,0	0,9-1,3	2,1-2,7	3,0-3,8

При збільшенні швидкості руху культиватора на 1 км / год (понад 6 км / год) опір лап збільшується на 10%

Рис11.Схема дії сили Rxz опору грунту на лапу.
Приймаємо q = 2,4 Н / мм, так як передпосівна обробка 12 см. Вибираємо ширину захвату максимальну в = 330 мм.
Однак опір лап переднього ряду перевищує опір лап заднього ряду (з тією ж шириною захвату) приблизно в два рази. Це необхідно враховувати при визначенні тягового опору окремої лапи.
(21)
(22)
Тяговий опір лап визначається за аналогією з виразом (20):
(23)
(24)
Крім тягового опору, на лапу діє ще вертикальна сила опору грунту Rz. (Рис.11).
Коефіцієнт m = tgΨ характеризує відношення величини вертикальної що складають опору лапи Rz до горизонтальної Rх, в залежності від гостроти леза, твердості грунту та глибини обробітку може змінюватися в широких межах і мати як позитивне, так і негативне значення. Від'ємне значення кута Ψ з'являється при твердих сухих грунтах і затупленому лезі.
При глибині ходу 10-12 см, що відповідає середній вологості грунту і гострому лезу Ψ = 22-280. Приймаємо Ψ = 250
q_пер = 1,33 · 3,8 = 5,05 Н / мм
q_зад = 0,67 · 3,8 = 2,546 Н / мм
Обчислюємо для переднього ряду культиватора Rхz пер:
Rхz пер = q_пер · в _пер · cos 25 = 5,05 · 330 · 0,906 = 1511 Н
Обчислюємо для другого і третього рядів культиватора Rхz зад:
Rхz зад = q_зад · в _пер · cos 25 = 2,546 · 400 · 0,906 = 929 Н
Положення точки перетину напряму сили Rхz характеризується розміром h, який залежить від глибини обробки:
h = (0,5 ÷ 0,3) · а (25)
h = 0,5 · 120 = 60 мм

Загальний тяговий опір культиватора розраховується за формулою:
Р = Rхz пер · n + Rхz зад · n + Rхz зад · n (26)
де n-кількість лап у ряду
Так як на першому ряду кількість лап n = 5 шт,
На другому ряду-n = 5 шт,
На третьому - n = 4 шт, то загальне тяговий опір буде:
Р = 1511 ·5 +929 · 5 + 929 · 4 = 15916Н
Приймаємо тяговий клас трактора 30 кН. В окремому випадку візьмемо трактор марки Т-150К.


5.2 КОНСТРУКТИВНИЙ РОЗРАХУНОК

5.2.1 Розрахунок підшипників.
Динамічна вантажопідйомність, кгс, для радіальних кулькових підшипників з D> 25,4 мм
, (27)
де - коефіцієнт,
i - число рядів тіл кочення в підшипнику,
z - число роликів в одному ряду;
- діаметр ролика, мм;
α - номінальний кут контакту, (α = 12 ˚).
, (28)
де D, d - зовнішній і внутрішній діаметр підшипника,.
мм

Діаметр окружності по центрам роликів в одному ряду
, мм (29) де δ - сумарний зазор між кульками,

, мм

 

З таблиці знаходимо = 4,92.
, Кгс
Еквівалентне динамічне навантаження в кгс: для кулькових радіальних підшипників
(30)
де X - коефіцієнт радіального навантаження,
V - коефіцієнт обертання, (V = 1,2,)
Y - коефіцієнт осьового навантаження,
Р = 0,45 · 1,2 · 118,8 +1,01 · 59,5 = 124,2 Н мм
Статична вантажопідйомність, кгс: для кулькових радіальних підшипників
, (31)
де - коефіцієнт, що залежить від геометрії деталей радіального підшипника,.
,кгс
Еквівалентна статична вантажопідйомність
Нмм
Розрахунок довговічності, в млн. оборотів
(32)
де Р - ступеневий показник,

для шарикопідшипників Р = 3,
млн. оборотів.

6.2.2 Розрахунок міцності на згин стояка культиватора
Згинальною силою є сила, що діє на робочий орган тобто питомий опір грунту
F = R_{хz пер} = q_пер · в_пер · cos 25 = 5,05 · 330 · 0,906 = 1511 Н
Матеріал стійки сталь 45
Допустиме напруження для цієї сталі σ_и = 220 МПа

Умова міцності для шнека σ_изг. =, (33)
де F - сила діюча на робочий орган, F = 1511 Н
W_x = J_х / у_max
Для круглого перерізу:
Jх = π · D4/64, у_max = D / 2, Wx = π · D3/32 ≈ 0,1D³

так як стійка трубчаста то
Wx = (34)
D = 138 мм d = 130
Wx = =54796,36746 мм² = 0,000055 м²
σ_изг - допустиме напруження на згин.
σ_изг = МПа
МПа
де S - допустимий коефіцієнт запасу міцності, S = 2
σ_изг = 12,3627 МПа <110 МПа = [σ_изг]
Навантаження при згині відповідає нормальній роботі трубчастого стояка.

6.2.3 Розрахунок на міцність пружини при крученні
Розрахунок амортизаційної пружини на міцність при крученні.

Рис 12. Амортизаційна пружина
При дії осьової сили Р витки пружини стиснення працюють на кручення.
Розрахункове напруження кручення в небезпечному перерізі пружини.
τ_к. = - умова міцності, (35)
де М_к - крутний момент у небезпечному перерізі вала,
D= 120 мм -діаметр пружини
Р = R_{хz пер} в / а = 1511 0,45 / 0,2 = 3400 Н
Мк = 8 3400 120 Н мм = 3264000 Н мм

 

Wр - полярний момент опору поперечного перерізу вала
Wр = πd³, (36)
де d = 12 мм - діаметр перерізу дроту, м
Матеріал дроту сталь 45
Допустиме напруження на кручення для пружини
, (37)
де S= 2 - допустимий коефіцієнт запасу міцності

МПа

Wр = π d³ = 3,14 123 = 5426 мм³
τ = МПа
τ = 45 МПа <66 МПа = З розрахунку видно, що пружина при крученні відчуває навантаження значно менші за граничні. Це говорить про надійну і довговічну роботу пружини.

 

ВИСНОВОК

 

В даному курсовому проектіми проаналізували робочі органи культиваторів і на основі агротехнічних вимог, розкрили сутність зміни конструкції.

Обгрунтували технічну характеристику нового культиватора за допомогою розрахунків, які доводять правильність вибору рішень. Справиликонструктивні розрахунки нових деталей робочого органу. Описали пропоновану конструкцію.

Технологічне і технічне обслуговування агрегату проводити зручно і безпечно. Експлуатаційні показники виконання технологічного процесу достатньо високі.

Основними перевагами даного культиватора є простота конструкції та технічного обслуговування і нескладний технологічний процес виготовлення даного культиватора.