Реконструкция культивуатора

3  Причины выбора проектируемой машины

Существующие  в настоящее время культиваторы  не удовлетворяют выше изложенным агротехническим требованиям. Чтобы достичь нужного качества обработки почвы, необходимы рабочие органы, которые могут изменить свои технологические и геометрические параметры. Тогда можно будет оперативно управлять технологическим процессом обработки почвы.

Рабочие органы следует оборудовать дополнительными приспособлениями, которые должны изменять свое положение относительно основного. Учитывая влажность, плотность, задерненность почвы, для получения оптимального сложения пахотного слоя необходимо установить формы и оптимальные положения таких приспособлений.

Один из показателей качества обработки почвы — получение требуемой степени крошения. Плугами и плоскорезами можно достичь такого положения, что она изменится на 35 и даже до 70%. Однако из-за широкого варьирования физико-механических свойств почвы вероятность заданной степени крошения при пахоте — 80% не превышает 20,4%.

И второй показатель физического состояния почвы — плотность. Если она выше оптимальной или земля чрезмерно рыхлая, урожайность зерновых культур может снизиться.

4  Описание конструкции

Нами предложено устройство, обеспечивающее требуемое качество крошения и управление технологическим процессом культиваторов в зависимости от состояния почвы (см.рис.2).

Культиватор предназначен для предпосевной и основной обработки почвы на глубину 8-16 см с сохранением на ее поверхности не менее 60% стерни и других пожнивных остатков. Бесприводное прикатывающее приспособление предназначено для обработки стерневых полей на глубину 6-10 см, уничтожения сорняков, выравнивания микрорельефа почвы, поддержания комковатой структуры верхнего слоя и уплотнения нижележащих слоев почвы.

 

Рисунок 2 Культиватор КСТ-З,8 с прикатывающим приспособлением:

1 -рама 2- рабочий орган; 3- прицепное устройство; 4-регулировочный винт изменения высоты опорного колеса; 5- опорное колесо; 6- гидроцилиндр; 7- стойка рабочего органа; 8- амортизационная пружина;9- регулировочный винт изменения высоты прикатывающего приспособления; 10-прикатывающий барабан.

Рама культиватора (рисунок 2) представляет собой конструкцию прямоугольной формы и состоит из трех поперечных и шести продольных брусьев. На поперечные брусья с помощью держателей стойки устанавливаются рабочие органы. При работе одного культиватора на переднем брусе закрепляется пять рабочих органов, на среднем - пять, а на заднем - четыре рабочих органа. Прицепное устройство к раме приварено. В верхней передней части прицепа имеется понизитель, к которому крепится регулируемая тяга трактора.

Рабочий орган культиватора - стрельчатая лапа с изменяющимися геометрическими параметрами. Опишем устройство узла (рисунок 3) позволяющее изменять геометрические параметры:

Рисунок 3. Рабочий орган культиватора:

1-держатель стойки; 2-амортизационная  пружина; 3-стойка лапы;                   4, 7, 13-болты, 5- поперечная балка культиватора; 6-ролик; 8-подшипник;

9-поперечная втулка; 10-вертикальная штанга; 11-опорные втулки; 12-остов лапы; 14-лапа; 15-жесткий диск; 16-горизонтальный толкатель; 17- ползун; 18-вертикальный толкатель; 19-пазы; 20- кулисный камень; 21-петлевое соединение; 22-наральник.

 

К держателю стойки 1, прикрепленной болтами 4 к поперечной балке 5 культиватора, закреплена трубчатая стойка 3 с помощью ролика 6, сообщенной с подшипниками 8. Ролик 6 крепиться к держателю стойки 1 болтами 7. Трубчатая стойка 3 сообщена с держателем стойки 1 с помощью амортизационной пружины 2  (способ крепления палец со шплинтами). В нижней части трубчатой стойки 3 при помощи болтов 13 прикреплен остов лапы 12, на которую закреплены правая и левая стрельчатые лапы 14 благодаря шарнирному соединению в передней носовой части и пазовым креплением в средней части. Также в передней носовой части остова лапы 12 соединен наральник 22 петлевым способом 21, в его средней части, с верхней части наральника происходит регулирование с помощью вертикального толкателя 18. Во внутренних сторонах лапы 14 культиватора находятся пазы 19, по которому передвигается ползун 17, тем самым изменяя углы раствора, крошения и ширину захвата лапы.

Изменение геометрических параметров происходит следующим образом: при движении вниз штока гидроцилиндра, соединенного с поперечной втулкой 9, одновременно двигается вертикальная штанга 10, взаимосвязанная с поперечной втулкой 9. Двигающаяся вертикальная штанга 10 воздействует на жесткий диск 15, взаимосвязанный с жестким диском15 горизонтальный толкатель 16 начинает движение, тем самым жестко прикрепленный ползун 17, начинается двигаться по пазам 19, изменяя углы раствора, крошения и ширину захвата. Угол наральника 22 к горизонту изменяется с помощью кулисного камня 20, соединенного с ползуном 17.

Технологический процесс культиватора КСТ-3.8 происходит так:

рабочие органы и прикатывающее приспособление под действием веса культиватора заглубляется в почву. Лапы, перемещаясь, рыхлят и подрезают слой почвы на заданную глубину. Прикатывающий каток  вращаясь выравнивает почву и уплотняет верхний слой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5  Технологические расчеты

5.1 Расчет параметров лап

В этом разделе курсовой работы следует рассчитать угол 2 γ при вершине стрельчатой лапы, рациональную величину перекрытия ∆в , ширину захвата в, выбрать остальные параметры из рекомендованных значений.

Исходными данными являются типы почв, необходимое смещение S сорняка, гарантирующее его перерезание или разрыв.

  Культиваторы для предпосевной  обработки почвы комплектуются  полольными и рыхлительными лапами. Полольные лапы предназначены  для уничтожения сорных растений, они работают  на глубине 6-12 см, а иногда до 25 см  . Основным полольным рабочим органом является стрельчатая лапа, которая может быть с хвостовиком  или без него. Размеры и форма полольной лапы характеризуются углами раствора 2 γ и крошения β ; шириной захвата в, а также шириной в начале в1 в конце в2 крыла лапы и очертанием груди лапы (рис. 1).

Угол γ следует выбирать таким,             чтобы подрезание сорняков производилось                  

скользящим резанием, а корни вырванных           Рисунок 4.Стрельчатая лапа.

сорняков безостановочно скользили вдоль лезвия. При невыполнении этого условия происходит обволакивание лезвия. Чтобы повисший на лезвии сорняк О  (рис.5 а) скользил вдоль лезвия, должно соблюдаться  условие:                                                                           

              (1)

  где φ - угол трения сорняка по лезвию.

Если это условие не соблюдено (рис. 2,6), то лобовое сопротивление почвы Р, испытываемое сорняком, будет проходить внутри угла трения  NOA и сила Р не сможет вызвать скольжение сорняка вдоль лезвия.

Обычно φ≈ 47,70 согласно соотношению (1), угол раствора лапы 2γ≤90°. Однако налипание почвы на лапу препятствует скольжению сорняков, поэтому для обработки влажных клейких почв,                      Рисунок 5. Схема к обосно-     

 угол γ  должен быть                                                            ванию угла γ:

значительно меньше, чем предусмотрено              а-резание со скольжением,

 зависимостью(1).                                                     б-резание без скольжения.

 

 

С другой стороны, уменьшение угла γ снижает     процент подрезания сорняков, так как уменьшается величина S изгиба и смещения сорняка. Поэтому для полного подрезания сорняков не следует уменьшать угол раствора 2 γ , а ограничиться его выбором рекомендованных пределах: для лап работающих на клейких почв (глина. чернозем) 2 γ≈55-600, а на песчаных 75-800. Определим по этим соображениям угол γ. Принимаем 2 γ=55-750.

Следует рассчитать необходимую величину S изгиба и смещения  сорняка, которое обеспечит заданное перекрытие лап.

При наезде на сорняк О (рис. 9) лезвие лапы надавливает на его корень и вызывает изгиб и смещение его по линии ОО1 отклоненной от нормали к лезвию на угол φ . Если к моменту ‚ схода с крыла лапы сорняк окажется неперерезанным, то он сместится на расстояние

(2)

где ∆в- перекрытие между лапами.

 Вероятность выживания лишь поврежденного сорняка возрастает с уменьшением смещения S.

И выражения (2) видно, что S убывает с уменьшением перекрытия и угла γ. Определив рекомендуемое перекрытие, вычислим по выражению (2) величину смещения сорняка для проектируемого культиватора. Принимаем перекрытие между лапами ∆в=30 мм. для угла γ1=550. А для угла γ2=750  ∆в=50 мм. Тогда смещение S1 будет равным:                                     Рисунок 6. Определение

S1=30/ cos (27,5+47,7)=99,765 мм                            величины перемещения S

                                                                         сорняка под воздействием лапы.

S2=50/ cos (37,5+47.7)=131 мм

S изменяется в пределах 99,765-131 мм в зависимости от угла γ.

Ширина захвата лап выбирается с учетом того, что этот параметр тоже влияет на скопление неперерезанных сорняков на концах их крыльев. Обволакивание лезвий широкозахватных лап и отсутствие обволакивания тех же условиях работы лап малой ширины захвата, имеющих одинаковое значение углов 2 γ и β, отмечено многими авторами. Этот феномен имеет не статический, а динамический характер, т.е. лезвие бывает окутано не неподвижно повисшими сорняками, а медленно вдоль него скользящими.

При перемещении лапы в рыхлой почве из положения I в положение П (рис. 4) все сорняки, находящиея на площади АВСD, будут сорваны со своего места и, перемещаясь вместе с лапой и одновременно скользя вдоль ее лезвия, скопятся на участке лезвия СD

Количество сорняков на этом участке лезвия:

 

(3)

где ί- число сорняков на единице площади поля;

L- средняя линия трапеции;

h- высота трапеции АВСD.

Накопление сорняков на лезвии обычно обнаруживается именно на конце крыла. Это объясняется тем, что лапы большей ширины захвата бывают установлены на культиваторе во втором ряду.

Концы крыльев этих лай движутся в почве, взрыхленной лапами первого ряда, поэтому лобовое сопротивление сорняка на конце крыла может оказаться недостаточным для того, чтобы тангенциальная составляющая этого усилия была способна преодолеет помимо сил трения

также сопротивление сдвигу слоя почвы, налипшего на поверхности

лапы: сорняк, скользя вдоль лезвия, должен очистить с лапы этот слой почв.

  Из (рис.4) видно, что участок CD лезвия лапы является наиболее нагруженным по количеству   проходящих через него сорняков           Рисунок 7. Схема

в случае неперерезания их другими участками   процесса динамического  

 лезвия. Выберем длин участка CD =∆l                  обволакивания сорняками

в соответствии с перекрытие лап:                        лезвия полольной лапы.

(4)

тогда для обеспечения непосредственного контакта сорняков с лезвием их количество на этом участке лезвия должно быть не более

(5)

где d- средний диаметр стебля сорняка.

 Для данного расчета можно принять d≈4 мм.

Площадь трапеции, с которой сорняки собрались на участок ∆l             

лезвия, определяется высотой  ∆h и   длинами сторон АD и ВС

(6)

(7)

   (8)

Учитывая равенство (3), можно проверить ширину захвата лапы, при которой

 

условия перерезания сорняков будут удовлетворительными даже на

концах крыльев:

(9)

Вычислим ∆h:

∆h1=30*cos 47.7/sin27,5=45,941 мм,

∆h2=30*cos 47.7/sin37,5=58,077 мм

 

Принимаем в1=270 мм , тогда

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

Подставив формулу (3) в формулу (9) получим :

 в≥∆в1+[ (2* ί * L1*∆h1)* cos(φ+γ)* sin γ/ ί*∆в1*cosφ]   (10)

тогда в1 численно равен:

в1=30+[ (2* 1 * 398,794*45,941)* cos(47.7+27,5)* sin 27,5/ 1*30*cos47.7]=268,37 мм

условие удовлетворяет, значит верно.

Теперь вычислим для угла γ= 37,50

Принимаем в2=330 мм, тогда

 А2D2=330/2cos(37,5+47.7)=1264,1мм

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

условие удовлетворяет, значит верно.

Полученный результат следует сравнить с рекомендациями практического характера: для клейких глинистых почв в≤35 см, для супесчаных в≤45 см

При выборе ширины захвата лапы в соответствии с выражением (9) следует предусмотреть два значения этого параметра; лапы заднего ряда идут по частично обработанной почве, поэтому они испытывают меньшую нагрузку и могут быть шире, чем лапы переднего ряда. По аналогии со стандартными значениями можно принять отношение:

(11)

в1=270/0,82=329,27мм, для клейких глинистых почв в1≤350 мм условию удовлетворяет

в2=330/0,82=402,44мм, для супесчаных в2≤450 мм условию удовлетворяет, значит верно.

Степень производимого лапой рыхления почвы определяется величиной угла крошения β и шириной крыла: чем меньше угол β и уже крыло лапы, тем меньше рыхление почвы. По величине угла β лапы делятся на плоскорезные

 

 

β=12-180 и универсальные β=25-300.

Ширину крыла лапы обычно делают уменьшающей к концу.

Минимальная ширина крыла в2=30-50 мм, а максимальная в1=1,5 в2

 

Принимаем минимальную ширину крыла в2=50мм, тогда

в1=1,5* 50=75мм

 

Толщина материала δ выбирается в зависимости от ширины захвата: для универсальных δ≤0,03 в тогда

δ≤0,03* 330=6,6мм.

Заточку лезвия  принимаем комбинированной.