Модернизация пахотного агрегата плуга ПН-4-35/40

ТЯга с правой резьбой.dwg

Винт стяжка.dwg

Шарнир.dwg

Муфта регулировочная.dwg

Тяга.dwg

Тяга шарнирная.dwg

Скоба.dwg

Неуказанные предельные отклонения Н14;
Неуказанные радиусы R5

Пластина.dwg

Литье.dwg

Неуказанные предельные отклонения Н14;
Неуказанные радиусы R6

ось вертикальная.dwg

ось.dwg

Рычаг.dwg

коромысло.dwg

поворот мех.dwg

Механизм поворота рамы плуга
Шайба 30 0108кп ГОСТ 11371-78
Шплинт 6.3х32 ГОСТ 397-79

Стяжка винтовая.dwg

Тяга с левой резьбой
Тяга с правой резьбой
Муфта регулировочная

ВП.dwg

Технологический комплекс машин
для возделывания озимой пшеницы
в условиях СПК "Кя"
Пояснительная записка
Технологическая карта
Патентное исследование
Д.25.09-08.00.00.00.
Кинематическая схема
Операционно-технологическая карта
Экономическое обоснование
технологии возделывания
по сборочным единицам
Документация по деталям
Тяга справой резьбой
Муфта регулировачная

Записка.doc

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
Учреждение образования
«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АГРАРНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Агромеханический факультет
Кафедра моделирования и проектирования
Пояснительная записка к курсовому проекту
по дисциплине «Проектирование сельскохозяйственной техники»
На тему «Модернизация пахотного агрегата плуга ПН-4-3540»
Шифр 03.13.421.00.00 ПЗ
Студент 4 курса 15пп группы
(Личная подпись) (Ф.И.О.)
Анализ условий эксплуатации пахотного агрегата плуг ПН-4-35405
1 Природно-климатические условия эксплуатации5
2 Агротехнические требования к использованию пахотного агрегата плуга
3 Свойства материла взаимодействующего с рабочими органами
модернизируемого пахотного агрегата плуг ПН-4-35407
Анализ конструкции пахотного агрегата ПН-4-35409
1 Устройство и технологический процесс работы9
2 Анализ конструкций и рабочих органов машин аналогов13
3 Патентное исследование почвообрабатывающих орудий19
4 Обоснование конструкций рабочих органов плуга ПН-4-354021
Расчеты рабочих элементов плуга26
1 Расчет прочностной стяжки винтовой26
2 Расчет на изгиб коромысла и рычага27
3 Расчет на растяжение тяги28
4 Расчет на растяжение шарнирной тяги28
5 Расчет поводок на сжатие29
6 Расчет оси и шарниры на срез29
Список использованных источников.31
Курсовой проект: 32 с. таблиц 3 рисунков 13 использованных источников 9. Графическая часть - 3 листа формата А1.
Ключевые слова: пахотный агрегат плуг ПН-4-3540 рабочие органы поворотный механизм рамы проектирование расчет параметров.
Целью курсового проекта является проектирование рабочих органов обеспечивающих повышение производительности пахотного агрегата плуга ПН-4-3540.
В курсовом проекте произведён обзор и анализ существующих схем пахотных агрегатов их рабочих органов. Приведено описание предлагаемой конструкции пахотного агрегата плуга повышающей производительность. Представлены расчеты по обосновалнию основных параметров разработанного устройства.
В графической части проекта представлены: общий вид плуга сборочный чертеж поворотного механизма.
Научно-технический прогресс в сельском хозяйстве осуществляется путем создания качественно новой материально-технической базы наиболее рационального использования земельных угодий техники и трудовых ресурсов. В перспективе это означает переход к крупномасштабному производству продуктов сельского хозяйства. Использование достижений науки и техники для совершенствования сельскохозяйственного производства не только экономическая задача но и социальная. Основой вывода агропромышленного производства на общественно необходимые объемы сельскохозяйственной продукции является разработка производство и введение в хозяйственный оборот техники со значительно более высокими технико-экономическими показателями.
В частности пахотный агрегат плуга ПН-4-3540 отечественного производства плуг четырёхкорпусный навесной применяется для глубокой вспашки почвы под свёклу и прочие технические культуры. Поэтому целью работы является является разработка и проектирование рабочих органов машины повышающих производительность ее работы и снижение эксплуатациионных издержек. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
— провести анализ условий эксплуатации модернизируемой машины;
— обосновать конструкцию модернизируемой машины;
— обосновать параметры разработанного узла модернизируемой машины;
— разработать конструкторскую документацию.
Анализ условий эксплуатации пахотного агрегата плуга ПН-4-3540
1 Природно-климатические условия эксплуатации
Характеристики природно-климатических условий наряду с другими факторами обусловливают степень ограничений рассматриваемой сельскохозяйственной машины при ее использовании и достижении максимальной эфэффективности и производительности.
Пахотный агрегат плуг ПН-43550 планируется эксплуатировать в условиях умеренно континентального климата при годовом количестве осадков - около 500 мм и испаряемости - 450 500 мм. Температуры эксплуатации машины должны быть в пределах от +0°C до +40°С при влажности окружающего воздуха не более 90 %.
Для нормальной работы навесного плуга ПН-4-3540 требуется чтобы относительная влажность почвы не превышала 50-70% а твердость почвы - до 30 МПа температура - выше 0°С почвы все кроме песчаных и каменистых. Высота стерни травостоя должна быть не более 20 см на поле не должно быть скученных пожнивных и растительных остатков.
– влажность обрабатываемого слоя до 70 %;
– высота стерни и травостоя должна быть не более 20 см;
– температура атмосферного воздуха от 0° до 40°C влажность - от 50 % до 90%.
2 Агротехнические требования к использованию пахотного агрегата ПН-4-3540
Агротехнические требования к основной обработке почвы. Учеными установлено что низкое качество пахоты приводит к снижению производительности уборочных агрегатов на 40-50% и увеличению потерь зерна при уборке урожая в 2-3 раза. Вспашка и в ближайшие годы будет оставаться основным приемом агротехники и применяться не менее чем на 50% площади пашни. Глубина вспашки под зерновые колосовые и зернобобовые 20-22 см под пропашные 25-27 см под сахарную свеклу 32-35 см.
Зяблевую вспашку старопахотных земель и первичную вспашку целинных земель выполняют лемешными плугами с предплужниками. Перепашку пара и запашку навоза проводят без предплужников. В районах недостаточного увлажнения пашут без оборота пласта. Задернелые почвы обрабатывают с оборотом но без рыхления пласта (для рыхления применяют другие орудия). На почвах засоренных камнями используют плуги с предохранителями.
Вспашка проводится в заданные сроки и на глубину не менее 20 см а на почвах с недостаточной толщиной пахотного слоя на его полную глубину с постепенным углублением почвоуглубителями и отклонением от заданной глубины не более чем на ±5% (на ровном рельефе это ±1 см на склонах - ± 2 см). Вспашка должна быть прямолинейной с равномерной гребнистостью не более 5 см. Высота свальных гребней и глубина развальных борозд - не более 7 см.
Оборот пласта должен быть полным вспаханный слой рыхлым пожнивные остатки сорняки удобрения должны быть полностью запаханы (не менее 95 %).
Глыбы размером более 10 см должны составлять не более 15% по объему на глубине вспаханного слоя. Выравненность поверхности длина профиля не должна превышать 107 м на отрезке 10 м. Огрехи и необработанные поворотные полосы а также незаделанные разъемные борозды и свальные гребни не допускаются. Склоны пашут способом в свал поперек (по горизонтали).
Пахотный агрегат плуг ПН-4-3540 применяется на этапе полной и глубокой заделки растительных остатков и удобрений при слитной или слабогребнистой поверхности пашни. Глубина рыхления 20 см; отклонение глубины от заданной допускается +- 5%. Обработанное поле должно иметь сплошное рыхление почвы в верхнем слое толщиной не менее 45% глубины обработки; при оптимальной влажности в обработанном слое должны преобладать камки почвы размером менее 5 см; количество эрозионное опасных фракций почвы размером менее 1 мм в верхнем слое 0-5 см не должно возрастать по сравнению с содержанием их до чизелевания. На поверхности обработанного стерневого поля должно оставаться не менее 50% стерни при глубокой обработке почвы и не менее 60% мелкой обработки.
На глубине хода рабочих органов корни сорных растений должны быть полностью подрезаны. Необработанные клинья а такжескрытые и открытые огрехи между смежными проходами орудий не допускаются поворотные полосы должны быть полностью обработаны.
Оборот пласта должен полным вспаханный слой - рыхлым пожнивные остатки сорные растения органические и минеральные удобрения должны быть запаханы. Высота гребней после вспашки не должна превышать 20 см. количество глыб размером крупнее 01м на поверхности поля не должно превышать 15 20% (по площади) свальные гребни и развальные борозды должны быть разделены и выравнины. Высота гребней и глубина брозд не должны превышать 07м.
3 Свойства материла взаимодействующего с рабочими органами модернизируемого пахотного агрегата плуг ПН-4-3540
Удельным сопротивлением почвы при обработке называют тяговое усилие затрачиваемое на подрезание 1 см2 поперечного сечения пласта и выражают его в кПа. Удельное сопротивление — усилие затраченное на подрезание пласта его оборот и трение о рабочую поверхность. Измеряют сопротивление почвы в килограмме приходящемся на 1 см2 поперечного сечения пласта поднимаемого плугом. В зависимости от гранулометрического состава физико-химических свойств влажности характера угодья удельное сопротивление почвы может изменяться от 02 до 12 кгсм2. От удельного сопротивления почвы зависят затраты на ее обработку; с этой величиной связана норма выработки машинно-тракторного парка расход топливно-сма-зочных материалов.
Оценка энергоемкости почв. Удельное сопротивление почв учитывается при нормировании пахотных работ по классам удельного сопротивления. С использованием типовых норм выработки и нормы расхода топлива на пахотные работы в зависимости от показателей удельного сопротивления плуга составляется шкала оценки энергоемкости почв в баллах. За эталон сравнительной оценки (100 баллов) принято удельное сопротивление плуга в 050 кгссм2. Баллы энергоемкости прямо пропорциональны производительности пахотных агрегатов.
Анализ конструкции пахотного агрегата плуга ПН-4-3540
1 Устройство и технологический процесс работы
Плуг ПН-4-3540 предназачен для отвальной обработки почвы предназначен для пахоты почв с оборотом пласта на глубину до 30 см под зерновые и технические культуры не засоренных камнями плитняком и другими препятствиями с удельным сопротивлением 009 МПа (09 кгсм²) и твердостью до 40 МПа (40 кгсм²). Вспашка преследует цель создания благоприятных условий для накопления влаги и питательных веществ в почве для нормального развития корневой системы растений.
Общий вид плуга ПН-4-3540 предсталвен на рисунке 1 и 2.
Рисунок 1 – Общий вид плуга ПН-4-3540
Рисунок 2 - Плуг ПН-4-3540 в работе с трактором МТЗ-82.2
Таблица 1 – Технические характеристики плуга ПН-4-3540
Производительность гач
Рабочая скорость кмч
Глубина обработки см
Транспортная скорость кмч
Количество рабочих органов шт
Рама плуга состоит из сваренных между собой балки 1 переднего бруса 2 и продольного бруса 3. На балке 1 на осях 6 установлены скобы 11. На скобах 11 закреплены плужные корпуса 5. Скобы 12 соединены между собой шарнирными тягами 14 с образованием шарнирных параллелограммов. На переднем брусе 2 жестко закреплен палец 8 для присоединения плуга к левой тяге тракторной навески и ось на которой установлено коромысло 4. На нижнем плече коромысла 4 закреплен палец 8 для присоединения к правой тяге тракторной гидронавески. На верхнем плече коромысла 4 выполнена ось 6 к которой присоединен поводок 9 другим концом через ось 6 соединенный с рычагом 10 поворотным относительно оси 6. Рычаг 10 тягой 13 соединен со скобой 11. Коромысло 4 через ось 6 соединено с винтовой стяжкой 12 другой конец которой соединен с осью 6 на раме.
Рисунок 3 - Плуг ПН-4-3540 модернизированный
– Колесо опроно-установочное; 2 – Корпус; 3 – Механизм подъёма опорноустановочного колеса; 4 – Механзим поворота рамы; 5 – Навеска; 6 – Рама.
Рисунок 4 – Поворотный механизм рамы
Плуг работает следующим образом: ширина рабочего захвата устанавливается изменением длины винтовой стяжки 12. При этом рама изменяет свое угловое положение относительно оси подвеса тракторной навески перпендикулярной направлению движения. Благодаря кинематической связи коромысла 4 (через ось 6 и поводок 9 рычаг 10 и тягу 13) со скобой 11 происходит поворот скобы 11 которая через шарнирные тяги тяги 14 поворачивает и все остальные скобы 11 с закрепленными на них плужными корпусами 5. При этом изменяется расстояние в поперечной (по отношению к направлению движения) плоскости между вертикальными осями 7 на которых установлены скобы 11 и тем самым изменяется расстояние между корпусами. Ширина захвата плуга изменяется в пределах 14 16 м.
2 Анализ конструкций и рабочих органов машин аналогов
Технология основной отвальной обработки почвы включает подрезание определенного объёма почвы затем его крошение и оборачивание.Эти операции выполняются почвообрабатывающими орудиями к которым относятся лемешно-отвальные плуги ПЛН ПО и ПБС.
Для оценки конструкции эффективности применения данных орудий при вспашке почвы наполях были проведены сравнительный анализ навесного пятикорпусного плуга общего назначения ПЛН-5-35плуга полунавесного оборотного ПО-4+140K и плуга навесного черытерхкорпусного ПБС-4М (Рисунок 5).
Рисунок 5 - Плуги для отвальной вспашки: ПЛН-5-35; ПО 4+140К; ПБС-4
Сравнимые машины имеют сварные рамывыполненные из труб прямоугольного сечения. В отличие от плугов ПЛН-5-35 и ПО-4+140К у которых основной брус расположен к направлению движения под углом 27º уПБС-4Мэтот угол составляет 42º. Плуги ПБС-4М и ПЛН 5-35 по типу агрегатированияявляются навесными а плугПО-4+140К – полунавесным.
Плуг ПБС-4М в отличие от плуга ПЛН-5-35 имеет два опорных колеса на пневмошинах (вместо одного у ПЛН-5-35) что обеспечивает более равномерный ход рабочих органов на заданной глубине обработки.
Рабочий орган у ПБС-4М отличается от рабочих органов других испытываемых плугов установкой лемеха вместо полевой доски чем обеспечивается увеличение рабочей ширины захвата корпуса.
Плуг ПО-4+140К по конструкции принципиально отличается от плугов ПБС-4 и ПЛН-5-35. В середине основной рамы шарнирно закреплена рамка с двумя опорными колесами и гидравлическим механизмом регулировки глубины. Плуг оснащен поворотным механизмом рамы право-оборачивающими и левооборачивающими рабочими органами. Гидравлическая система также позволяет изменять ширину захвата плуга. Оборотный плуг ПО-4+140К работает челночным способом без образования развальных и свальных борозд. Однако по габаритным размерам полунавесной плуг имеет большую длину в сравнении с навесными плугами ПБС-4М и ПЛН-5-35 что требует больших размеров поворотной полосы при развороте агрегата в загоне. Анализируя показатель массы каждого из орудий можно отметить что удельная металлоемкость распределяется по возрастающей: плуг ПБС-4М – 358 кгм плуг ПЛН-5-35 – 528 кгм и плуг ПО-4+140К - 1290 кгм. Краткая техническая характеристика плугов приведена в таблице 2.
Анализ проводились на поле с агрофоном - стерня ячменя на одном типе почв - чернозем обыкновенный среднесуглинистый без каменистых включений. Рельеф полей был ровным микрорельеф – средневыраженным. Влажность почвы по слоям обработки: 0-10 10-20 20-30 см составила соответственно 304; 335; 306% а твердость почвы 06; 08; 13Мпа.
Плуги работали на одной установочной глубине обработки почвы при агрегатировании с трактором МТЗ-1523 (таблица 2). Средняя скорость движения агрегатов была практически равной у МТЗ-1523+ПЛН-5-35 – 72 кмч у МТЗ-1523+ПО-4+140К - 71 кмч у МТЗ-1523+ПБС-4М – 70 кмч.
Таблица 2 - Техническая характеристика исследуемых плугов
Количество корпусов шт
Ширина захвата корпуса см
Количество предплужниклв шт
Ширина захвата предплужника см
Ширина захвата плуга м
Транспортная скорость
Таблица 3 - Эксплуатационно-технологические показатели сравниваемых плугов
Скорость движения кмч
Отклонение фактической от установленной ширины захвата ±%
Глубина обработки средняя см
Среднее квадратическое отклонение глубины ±см
Гребнистость поверхности пашни см
Крошение почвы % (до 50мм)
Степень заделки растительных и пожнивных остатков %
Глубина заделки растительных остатков см
Тяговое сопротивление кН
Мощность затрачиваемая на тягу плуга кВт
Производительность за час сменного времени га
Коэффициент использования сменного времени
Погектарный расход топлива кгга
Энергоемкость процесса кВтчга
Анализ полученных данных показывает что сравниваемые орудия обеспечивали глубину обработки 234-242см удовлетворяющую установленным агротехническим требованиям (АТТ) (до 27-30см) для почвообрабатыващих машин такого вида. Плуги устойчиво работали по глубине обработки почвы среднее квадратическое отклонение ±09-11 см находилось в диапазоне требований АТТ (±2 см). Все плуги так же устойчивы в работе и по ширине захвата. Отклонение фактической ширины захвата от установленной составило ±06-33 % и не превышало требования АТТ (±10%). После прохода исследуемых плугов поверхность пашни оставалась выровненной.
Высота гребней соответствовала требованиям агротехники (не более 4-7 см) и равнялась 37-49см. Также у всех плугов было хорошим качество крошения почвы в обрабатываемом слое от 723 до 750% преобладали комки почвы размером до 50 мм (по АТТ - не менее 70-75%). Степень заделки растительных и пожнивных остатков получена равной 964-978 % что удовлетворяет агротехническим требованиям (95±5%). Глубина заделки растительных остатков у плугов ПО-4+140К и ПЛН-5-35 составила 170см что выше требований АТТ (10-15 см). Только у плуга ПБС-4М стерня запахивалась на глубину 146см что явилось подтверждением теоретических исследований разработки энергосберегающего технологического процесса основной обработки почвы. Забивания рабочих органов плугов конструкция которых различалась по геометрии и наличию предплужника у ПЛН-5-35 почвой и растительными остатками не наблюдалось.
Таким образом сравниваемые плуги на зяблевой вспашке удовлетворительно и практически с равноценным качеством выполняли технологический процесс по всем агротехническим показателям (рисунок 6).
Рисунок 6 - Пахотные агрегаты со сравниваемыми плугами:
МТЗ-1523+ПЛН-5-35; МТЗ-1523+ПО-4+140К; МТЗ-1523+ПБС-4М
В результате энергетической оценки установлено что у плуга ПЛН-5-35 было наименьшее тяговое сопротивление и составило 293 кН что ниже показателей плугов ПО-4+140К и ПБС-4М на 63% и 228% соответственно. Однако удельное тяговое сопротивление у ПЛН-5-35: 714Нсм2 получено выше чем у ПО-4+140К – 644 и ПБС-4М – 665Нсм2. При вспашке почвы плугами на тех же глубинах 234-242см и равных скоростях движения 70-72 кмч наименьшие удельные энергозатраты достигнуты у ПБС-4М - 5415 кВтчга. По этому показателю ПБС-4М имеет преимущество над плугами ПО-4+140К на 45% и ПЛН-5-35 на 84%.
Эксплуатационно-технологические показатели сравниваемых плугов определены в тех же условиях. Отличие ограничивалось тем что трактор с плугом ПО-4+140К двигался правыми колесами по борозде (рис.2 б) при этом происходило значительное уплотнение дна борозды. В процессе исследований все агрегаты надежно выполняли технологический процесс основной отвальной обработки почвы. За время проведения контрольных смен затраты времени на устранение нарушения технологического процесса были незначительными. Коэффициент надежности технологического процесса сравниваемых машин составил 100.
Производительность за час сменного времени у навесного плуга ПЛН-5-35 получена наименьшей - 099 гач при этом расход топлива на одном гектаре составил 1969кгга. С учетом наименьшего значения коэффициента использования времени смены - 077 эти показатели практически равны полунавесному оборотному плугу ПО-4+140 (109 гач и 1869 кгга). У плуга ПБС-4М часовая производительность и погектарный расход топлива составили 136гач и 1467кгга что лучше показателей у сравниваемых аналогов соответственно на 198-272% и 215-255%. В загоне агрегаты двигались разными способами и замеры элементов баланса времени смены показали что агрегат с полунавесным оборотным плугом при движении челноком на холостой ход затрачивает 7% времени а с навесными плугами при движении в свал и в развал: ПЛН-5-35 - 52% и ПБС-4М – 42%. Время затрачиваемое на повороты в течение смены соответственно по этим орудиям: 38% и 51; 34%.
В результате экономической оценки эффективности использования плугов по себестоимости механизированных работ экономически выгодно применение плуга ПБС-4М по сравнению с ПЛН-5-35 на 17% и ПО-4+140К на 187%.
Если рассматривать по совокупности всех показателей полученных сравнительными исследованиями почвообрабатывающих орудий с отвальными рабочими органами для тракторов тягового класса 3 в вышеприведенных условиях то можно установить эффективность в следующем порядке: ПБС-4М; ПО-4+140К; ПЛН-5-35.
3 Патентное исследование почвообрабатывающих орудий
В настоящее время решаются многие актуальные вопросы по рационализации использования пахотного агрегата. К ним относится такой как: изменение ширины захвата плуга.
Увеличение ширины захвата плуга необходимо для увеличения производительности пахотного агрегата и в тоже время возможность использования его на более тяжелых почвах.
В связи с этим возникает необходимость применения модернизированных плугов.
Для разработки такого плуга проведем патентное исследование.
Почвообрабатывающее орудие.
Авторское свидетельство SU 518171 Авторы: Б.М. Шмелев А.И.Тимофеев В.А. Сакун и др.
Орудие состоит из неподвижной части в виде поперечного бруса 1 с механизмом навески 2 и подвижной части в виде параллелограммной рамы состояшей из продольных 3 и наклонных 4 звеньев соедененных между собой шарнирно. На продольных звеньях 3 закреплены рабочие органы 5. поворот подвижной части относительно бруса 1 устанавливается гидроцилиндром 6. В процессе работы при увеличении сопротивления почвы и скорости движения подвижная часть рамы отклоняется назад преодолевая сопротивление упругого звена и ширина захвата уменьшается. При снижении сопротивления или скорости движения рама при помощи пружины возвращается в исходное положение. В результате автоматически поддерживается постоянное сопротивление орудия что обеспечивает оптимальный режим работы пахотного агрегата. [ 9 ]
Авторское свидетельство SU 1079188. Автор: Агапонов Н.Н.
Плуг состоит из рамы 1 плужных корпусов 2 опорного колеса 3. Плужныекорпуса 2 имеют полевые доски в виде роликов 4. На нижнем торце каждого ролика 4 установлен дисковый нож 5. Каждый ролик 4 соединен с рамой 1 посредством двуплечего рычага 6 а механизм регулирования положения ролика 4 относительно плужного корпуса 2 выполнен в виде гидроцилиндра 7 и тяги 8 с которой соеденины свободные плечи 9 рычагов 6. Плуг работает следующим образом: при поступательном движении агрегата плужные корпуса 2 подрезают пласт почвы и отваливают его в борозду полученную от предыдущего прохода. Когда плужные корпуса 2 заглубляются на заданную глубину ролики 4 с дисковыми ножами 5 с помощью гидроцилиндра 7 тяги 8 и двухплечих рычагов 6 перемещаются относительно плужных корпусов 2 в сторону полевого обреза плужного корпуса. При этом дисковый нож 5 внедряется в стенку борозды на глубине равной глубине пахоты а ролик контактирует со стенкой борозды вращаясь вокруг своей оси. В конце гона ролики переводятся из рабочего положения в нерабочее для чего с помощью гидроцилиндра 7 и тяги 8 они перемещаются от полевого обреза плужного корпуса. [10]
Почвообрабатывающее орудие
Авторское свидетельство SU 1029837. Авторы: В.И Мялиненко И.Г. Гурвич В.К. Толстов Н.Я. Довыдова.
Орудие состоит из рамы 1 выполненной из двух частей 2 и 3 связанных между собой шарнирно и с помощью телескопической тяги 4 и приспособления для изменения ширины захвата в виде гидроцилиндра 5 и упругого элемента 6. Одна часть рамы выполнена в виде бруса а другая - в виде шарнирного параллелограмма на котором закреплены рабочие органы 7 и опорное колесо 8. На звеньях телескопической тяги 4 установлен датчик 9 в виде гидроцилиндра выходные каналы 10 и 11 которого связаны с трубопроводами 12 и 13 с выходными каналами 14 и 15 гидроаккомулятора 16 выполненного в виде цилиндра с подпружиненным поршнем 17 пружины 18 гидроаккомулятора имеют различную жесткость и длину а один из каналов 15 имеет калибровочную иглу 19. На первых 15 - 20 м происходит автоматическое настраивание орудия на оптимальную ширину захвата от сопротивления почвы. В период настраивания происходит плавное увеличение или уменьшение ширины захвата за счет совместного действия упругого элемента и гидроаккомулятора пружины которого последовательно включаются в работу. Последовательное сжатие пружин 18 обеспечивает установление определенного равновесия. [11]
4 Обоснование конструкций рабочих органов плуга ПН-4-3540
Известны плуги с изменяемой шириной захвата содержащие раму с элементами (пальцами) для присоединения к нижним тягам тракторной навески установленные на раме при помощи вертикальных осей кронштейны с плужными корпусами и шарнирные тяги соединяющие имеющиеся на кронштейнах кривошипы в систему шарнирных параллелограммов.
В таких плугах рама выполнена в виде шарнирного треугольника состоящего из поворотной балки на которой установлены кронштейны с плужными корпусами переднего бруса с элементами для присоединения к тракторной навеске и стяжки регулируемой длины.
При изменении длины стяжки поворотная балка изменяет свое угловое положение по отношению к направлению движения плуга благодаря чему изменяется расстояние в поперечной плоскости между вертикальными осями крепления кронштейнов которые несут плужные корпуса.
Таким образом для изменения ширины захвата плуга необходимо изменить конфигурацию (углы между звеньями) шарнирного треугольника рамы плуга. Такое техническое решение применено в известных навесных плугах с регулируемой шириной захвата в частности по патенту Российской Федерации на изобретение 2114523. Данное решение выбрано в качестве прототипа.
Прототип совпадает с изобретением которое заявляется в том что содержит раму с пальцами для присоединения к нижним тягам тракторной навески поворотные относительно вертикальных осей кронштейны снабженные кривошипами установленные на кронштейнах плужные корпуса и шарнирные тяги соединяющие кривошипы с образованием системы шарнирных параллелограммов.
Однако в устройстве по прототипу шарнирные соединения звеньев рамы при использовании в тяжело нагруженных многокорпусных навесных плугах при длительной эксплуатации разбиваются; неизбежные люфты в шарнирах снижают жесткость рамы при этом (с точки зрения науки о сопротивлении материалов) поворотная балка и передний брус начинают работать на изгиб и скручивание как двухопорные шарнирные балки что вынуждает для обеспечения прочности увеличивать их сечение. Следствием этого является увеличенная масса плуга.
Для многокорпусных навесных плугов такое увеличение массы может оказаться определяющим при агрегатировании из-за ограничений по грузоподъемности тракторной навески и нарушения продольной устойчивости трактора во время транспортных переездов.
В основе изобретения поставлена задача в плуге с изменяемой шириной захвата путем иного исполнения рамы и механизма изменения ширины захвата уменьшить массу плуга с одновременным увеличением его прочности жесткости и долговечности улучшить агрегатирование многокорпусного плуга с трактором.
Поставленная задача решена в плуге с изменяемой шириной захвата который содержит раму с пальцами для присоединения к нижним тягам тракторной навески плужные корпуса закрепленные на поворотных относительно вертикальных осей кронштейнах снабженных кривошипами и шарнирные тяги которые соединяют кривошипы кронштейнов между собой с образованием системы шарнирных параллелограммов тем что в отличие от прототипа рама плуга выполнена жесткой один палец установлен на раме неподвижно а другой установлен с возможностью перемещения по направлению движения плуга и кинематически связан с кривошипом.
Кроме того кинематическая связь подвижного пальца с кривошипом выполнена в виде установленного на горизонтальной оси поворотного в продольно-вертикальной плоскости коромысла на одном конце которого закреплен палец а на другом конце - горизонтальный шарнир к которому присоединен поводок противоположный конец которого через вертикальный шарнир рычаг и тягу соединен с кривошипом. При этом соотношение размеров плечей коромысла и рычага выполнено таким что в диапазоне изменения ширины захвата плуга перемещение поводка происходит практически в продольно-вертикальной плоскости.
Также для поворота коромысла применена винтовая стяжка присоединенная одним концом к коромыслу а другим к раме причем проекция на продольно-вертикальную плоскость прямой соединяющей эти шарниры проходит в непосредственной близости от пальца закрепленного на коромысле.
Новизна изобретения заключается в том что в предлагаемом плуге для изменения ширины захвата не требуется изменять конфигурацию рамы; соединения балки на которой установлены поворотные кронштейны с плужными корпусами с передним и продольным брусьями выполнены жесткими (например балка и брусья сварены между собой) а изменение поперечного расположения кронштейнов с плужными корпусами друг относительно друга осуществляется при повороте всей рамы за счет продольного - по направлению движения плуга - перемещения относительно нее одного из пальцев для присоединения к нижним тягам тракторной навески.
При этом сохранение положения по ходу плужных корпусов осуществляется за счет кинематической связи кривошипа кронштейна с поворотным в продольно-вертикальной плоскости коромыслом на котором закреплен этот палец. Указанная кинематическая связь перемещающихся в перпендикулярных плоскостях коромысла (продольно-вертикальная плоскость перемещения) и кривошипа (горизонтальная плоскость) осуществляется при помощи поводка с взаимно перпендикулярными шарнирами на концах и промежуточного поворотного на вертикальной оси рычага связанного тягой с кривошипом.
Причем для обеспечения наиболее полного согласования перемещений подвижного пальца расстояния между плужными корпусами (в поперечной плоскости) и установки плужных корпусов относительно направления движения плуга соотношение плечей коромысла и рычага выбрано таким чтобы в диапазоне изменения ширины захвата поводок (с взаимно перпендикулярными шарнирами на концах) перемещался в продольно-вертикальной плоскости.
Дополнительно для поворота коромысла применена шарнирная винтовая стяжка присоединенная одним концом к коромыслу а другим - к раме причем проекция на продольно-вертикальную плоскость прямой соединяющей оси этих шарниров проходит в непосредственной близости от пальца закрепленного на коромысле. При этом шарнир установки коромысла на раме разгружен от тягового усилия на подвижном пальце.
Перечисленные признаки отличающие заявленное решение от прототипа отсутствуют в известных аналогичных конструкциях. Технический результат который получен от перечисленных признаков заключается в повышении прочности жесткости и долговечности плуга снижении его массы что улучшает продольную устойчивость трактора разгружает гидронавеску при транспортных переездах с навесным многокорпусным плугом снижает его энергоемкость упрощает техобслуживание.
Рисунок 8 – Кинематическая схема работы плуга с изменяемой шириной захвата3. Расчеты рабочих элементов плуга
Для обеспечения надежной работы плуга с изменяемой шириной захвата нам необходимо просчитать некоторые конструктивные особенности. Нам необходимо проверить на прочность винтовую стяжку просчитать коромысло и рычаг на статическую прочность при изгибе проверить на прочность при растяжении и сжатии тяги и поводок проверить штифты на срез и смятие
1 Расчет прочностной стяжки винтовой [16]
Риснок 9 - Винтовая стяжка.
Сила действующая на рабочие органы определяется по формуле:
где: G -вес плуга Н;
f –коэффициент трения;
k –удельное сопротивление плуга Нм;
а –глубина вспашки м;
b –ширина захвата плуга м;
– коэффициент зависящий от формы отвала и свойств почвы;
-скорость движения агрегата кмч;
F=7100*06+60000*03*04+10000*03*04*8=88260 Н.
Номинальное напряжение растяжения в витке
где: - допустимое напряжение при растяжении []=200 МПа=200*106 Па.
-расчетная площадь сечения м;
Отсюда расчетный внутренний диаметр равен:
где: n - коэффициент запаса прочности;
Выбираем упорную резьбу У45*15.
2 Расчет на изгиб коромысла и рычага [14]
Рисунок 10 - Схема действия сил при изгибе.
Номинальное напряжение при изгибе
Определяем изгибающий момент действующий на коромысло и рычаг:
Принимаем допустимое напряжение на изгиб оси []=200 МПа=200*106 Па.
Толщину коромысла и рычага определим по формуле:
Определим ширину коромысла и рычага:
3 Расчет на растяжение тяги
Рисунок 11 - Схема действия сил при растяжении.
Рассчитаем площадь поперечного сечения
А=3*88260*24*200*10=66*10 м=660 мм
Толщину тяги определим по формуле:
4 Расчет на растяжение шарнирной тяги [14]
А=88260*2200*10=88*10 м=880 мм
5 Расчет поводок на сжатие [14]
Рисунок 12 - Схема действия сил при сжатии.
где - допустимое напряжение при сжатии =160 МПа=160*106 Па.
А=88260*2160*10=00011 м=1100 мм
6 Расчет оси и шарниры на срез [16]
Рисунок 13 - Схема действия сил при срезе.
где: []-допускаемое напряжение на срез
т - предел текучести т=360 МПа;
А=88260252*10=35*10 м=350 мм
Диаметр штифта определим диаметр штифта по формуле:
Таблица 3 – Данные расчётов
Сила действующая на рабочие органы стяжки Н
Рассчетный внутренний диаметр стяжки мм
изгибающий момент действующий на коромысло и рычаг Н*м
Толщина коромысла и рычага мм
Площадь поперечного сечения тяги мм
Толщина ширина тяги мм
Толщинаширина шарнирной тяги мм
Допустимое напряжение при сжатии поводка Па
Расчетный диаметр штифта мм
В результате проведенных расчетов подтверждены параметры деталей разрабатываемой конструкции что позволяет обеспечить ее надежную эксплуатацию.
В результате выполненного курсового проекта произведена модернизация плуга с увеличением ширины захвата. Данная доработка позволяет увеличить производительность пахотного агрегата и использовать его на более тяжелых грунтах. Выполнено патентное исследование технических решений произведены конструкторские расчеты составных частей.
Обоснована конструкция модернизируемого узла – поворотный механзим рамы плуга ПН-4-3540 приведено его описание и принцип действия. Обоснованы параметры разработанного узла обеспечивающего повышение производительности.
В графической части проекта представлена конструкторская разработка пахотного агрегата плуга ПН-4-3540 и его модернизируемый узел.
Список использованных источников
Трубилин Е.И. Абликов В.А. Соломатина Л.П. Лютый А.Н. Сельскохозяйственные машины 2008. — 185 с.
Добрыш Г.Ф. Жабраковский И.Е. Тимошенко В.Я. Гулейчик А.И. Энергозатраты на пахоте 2007 – 412с.
Эксплуатация сельскохозяйственной техники: учебник Ю.В.Будько [и др.]. - Мн. Беларусь 2006.- 510 с.
Эксплуатация машинно-тракторного парка: учебное пособие А.П. Ляхов [и др.]. - Мн.: Ураджай 1991. - 336 с.
Типовые нормы выработки и расхода топлива на механизированные полевые работы в сельском хозяйстве. В 3-х ч. Ч.1. Основая и предпосевная обработка почвы разраб. С.В. Соусь [и др.]. - Барановичи : Барановичская укрупненная типография 2007. - 160 с.