Интенсификация рабочего процесса противоэрозионной обработки почвы

МИНИСТЕРСТВО  АГРАРНОЙ ПОЛИТИКИ УКРАИНЫ

ЛУГАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра сельскохозяйственных машин 
 

по дисциплине

“Сельскохозяйственные машины”

на  тему: “Интенсификация  рабочего процесса

противоэрозионной обработки почвы” 

5.2.042.36 ПЗ 

Выполнил:

Проверил:  
 
 

Луганск – 20__ 

     ВВЕДЕНИЕ 

     В «Основных направлениях экономического и социального развития Украины  сформулирована важнейшая задача агропромышленного  комплекса - достижение устойчивого  роста сельскохозяйственного производства, надежное обеспечение страны продуктами питания и сельскохозяйственным сырьем, объединение усилий всех отраслей комплекса для получения конечных результатов.

     Подъем  сельского хозяйства и удовлетворение потребностей страны в сельскохозяйственной продукции во многом зависят от всесторонней механизации и последовательной интенсификации производства. Интенсификация производства может быть решена при комплексной механизации сельскохозяйственных процессов. Для этого требуется непрерывно создавать новые высокопроизводительные и экономичные машины.

     При разработке конструкции новых сельхозмашин, следует учитывать широкий круг вопросов, относящихся к различным  областям технических и сельскохозяйственных знаний: агрономические требования к  работе машины, тип и мощность трактора, а также способ сочленения его с машиной, условия эксплуатации энергоемких машин и достижения в смежных областях науки и техники.

     Вновь создаваемая машина должна обладать лучшими технико-экономическими показателями, чем существующая того же назначения. Применительно к почвообрабатывающим машинам это означает повышение качества обработки почвы, увеличение производительности труда, обеспечение безопасности в работе, увеличение срока службы, снижение расхода горючего, металлоемкости машины.

     1. Описание машин для противоэрозионной обработки почвы 

     Прицепной культиватор КПЭ-3,8 предназначен для  основной и предпосевной обработки  почвы с сохранением стерни и  других пожнивных остатков и районах, подверженных ветровой эрозии. Культиватор  состоит из прямоугольной рамы, на которой установлены рабочие органы - стрельчатые лапы ЛК-3 из стали 65Г, закрепленные на пружинной стойке СК-2 из стали 50ХГ; сцепки, гидроцилиндра для регулирования заглубления и подъема в транспортное положение. Агрегатируется с тракторами ДТ-75М, ДТ-75Н, ДТ-75МЛ, ДТ-75Д, Т-150.

     Производительность, га/час      2,3-3,5

     Ширина  захвата, м       3,95

     Глубина обработки, см       8-16

     Рабочая скорость движения, км/ч     до 10

     Масса культиватора, кг       1150

     Комбинированные прицепные культиваторы КПК4, КПК401, КПК8 и КПП8 предназначены для предпосевной обработки почвы и паров с одновременным боронованием, дополнительным крошением почвы и выравниванием поверхности поля. Культиваторы снабжены стрельчатыми  или рыхлительными лапами, пружинной боронкой, составленной из зубьев, и легким катком с кольчато-планчатыми дисками. Гидроцилиндры и переводят рабочие органы в транспортное положение и обратно. Глубина обработки 6...15 см (у КПП8 от 3 до 8см). Пружинная подвеска рабочих органов обеспечивает их вибрацию в почве, очистку от нависших растений и предохраняет от поломок при встрече с твердыми предметами, погруженными в почву. Ширина захвата 4 и 8 м; рабочая скорость 6...10 км/ч.

     Чизель  ПРБ-4А агрегатируется с тракторами класса 4.0…5.0 и предназначен для глубокого безотвального рыхления (чизелевания) почвы по отвальным и безотвальным фонам, углубления пахотного слоя без оборота пласта почв различного механического состава, а также для разуплотнения лугов, пастбищ и глубокого рыхления на склонах и паровых полях.

     Одно  из существенных достоинств ПРБ-4А заключается  в том, что его рабочие органы выполнены по типу «Параплау», чем  достигается более эффективное  крошение почвы на глубине обработки  до 45 см.

     В качестве шлейфа на орудии используется трубчатый каток, который создаёт на поверхности поля мульчированный слой из почвы и растительных остатков, способствующий накоплению и препятствующий испарению почвенной влаги. Орудие является универсальным и, в зависимости от назначения, может комплектоваться различными рабочими органами: долотом и плоскорезными лапами.

     Применение  чизельной обработки по сравнению  с отвальной повышает урожайность  сельхозкультур до 30%, сокращает затраты  труда в 1,5 раза и расход топлива  — на 5…8 кг/га.К Т – 3,9Г

     Восстановление  естественной структуры почвы нарушенной обработкой почвы машинами с дисковыми рабочими органами, с активными рабочими органами - необходимое условие восстановления и сохранения плодородия.

     Восстановление  структуры почвы происходит при  обработке почвообрабатывающими машинами рабочим органом которых является лапа, закрепленная на пружинной стойке особой конструкции, создающей при работе микровибрацию.

     При обработке такими лапами слежалой или  обработанной плугом почвы разрушение комьев и пластов происходит по естественным границам микрофракций, без образования пыли.

     КТ-3,9Г - культиватор для структуровосстанавливающей сплошной обработки почвы, предпосевной и осенней обработки залежей  без предварительной вспашки  или только вспаханного поля, без  выноса увлажненных слоев на поверхность, с сохранением на её поверхности стерни, защищающей от ветровой эрозии.

     Эффективность обработки почвы культиватором  определяется конструкцией, созданной  на основе 40 летнего опыта производства и современной агротехнологии.

     Рабочие органы культиватора – стрельчатые лапы шириной захвата 410 мм. Крепятся на мощных изогнутых упругих стойках, установленных на унифицированных подвесках с пружинными предохранительными механизмами. Предохранительный механизм исключает поломку рабочих органов (лапы со стойкой) при наезде на препятствие.

     Конструкция лапы со стойкой, пружинная подвеска создают при работе культиватора микроколебания, способствующие крошению комьев по естественным границам фракций. Микроколебания лапы и стойки уменьшают  сопротивление и необходимую силу тяги, что весьма важно при обработке тяжелых и слежалых почв. Культиватор не образует уплотнения подпахотного горизонта.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Производительность  за 1 час основного времени, га/ч               2,35-3,52

Рабочая скорость, км/ч           6 – 9

Ширина  захвата, м            3,91

Основные  показатели качества выполнения технологического процесса:

- глубина  обработки, см          8-16

- подрезание  сорных растений, %         100

Габаритные  размеры:        4610x3910x1400

Масса конструкционная (без дополнительных приспособлений), кг 1200±36

Агрегатируется  с тракторами тягового класса            3

       ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИЕ ФРЕЗЫ

     Фрезы применяют для интенсивного крошения почвы, уничтожения сорняков, измельчения  растительных остатков, перемешивания слоев почвы, заделки удобрений и выравнивания поверхности поля.

     Фрезерование - энергоемкий процесс. Затраты энергии  па обработку почвы таким способом значительно превышают затраты  ее при обработке другими машинами. Поэтому фрезеровать целесообразно тяжелые почвы, где требуется интенсивно измельчать почвенные монолиты. На легких почвах фрезы применять не рекомендуется во избежание распыления. Рабочий орган фрезы - ротор или барабан, вращающийся от ВОМ трактора вокруг горизонтальной  или вертикальной  оси. На барабане закреплены Г-образные ножи, а на роторе - прямые ножи с заостренными режущими кромками, расположенными параллельно оси вращения. В рабочем положении ножи фрез участвуют одновременно в двух движениях: вращательном вместе с барабаном (ротором) и поступательном вместе с машиной. Подача А на нож зависит от назначения фрезы и агротехнических требований на фрезерование почвы.

     Универсальные фрезы двигаясь в почве, каждый нож  отрезает сегментовидный почвенный  пласт (стружку) толщиной А и активно на него воздействует в ограниченном пространстве закрытой борозды. В результате пласт крошится на мелкие частицы, размеры которых зависят от кинематического режима фрезы и свойств почвы. Интенсивность крошения почвы растет с уменьшением толщины А пласта и наоборот.

     Параметр  А называют подачей на нож. Его  определяют но формуле снабжают многоступенчатым редуктором для изменения скорости вращения фрезы.

     По  назначению различают болотные, полевые, садовые и пропашные фрезы. Болотные фрезы ФБН-1,5 и ФБ-2 применяют при освоении осушенных болот и для ухода за лугами и пастбищами. Для них А = 5...10 см. Полевые фрезы ФН-125, ФП-2 и КФГ-3,6 обрабатывают тяжелые переувлажненные почвы перед посевом риса, овощных и других культур с подачей А = 5...15 см. К ним относятся также вертикально-фрезерные культиваторы КВФ-2,8, КВС-3.

     КАТКИ

     Кольчато-зубчатый каток ККЗ-6 агрегатируется с тракторами класса 1,4…2,0 т и предназначен для  уплотнения почвы с одновременным  дроблением комьев и частичным выравниванием  поверхности поля, предпосевного и послепосевного прикатывания почвы, разрушения почвенной корки, уплотнения на глубину до 7 см поверхностного слоя почвы с одновременным рыхлением её на глубину до 4 см, создания мульчированного слоя почвы, способствующего сохранению влаги.

     Рабочими  органами катка ККЗ-6 являются кольчатые  диски и зубчатые кольца. Особенностью данной машины является взаимное перемещение  колец относительно дисков, что позволяет  самоочищаться секциям катка  от налипания влажной почвы, а  также возможность гидрофицированного перевода катка в положение транспорта, что обеспечивает его безопасное передвижение по дорогам общей сети. В конструкции машины предусмотрены механизм аккумулирования инерционного потока рабочих секций, обеспечивающий эффективное перекатывание дисков по различным фонам почвы, и регулировочный механизм изменения давления секций рабочих органов на поверхность почвы в зависимости от влажности и гранулометрического состава почвы, качества предварительной вспашки, культивации и других операций.

     Предпосевное  прикатывание, выполняемое катками  ККЗ-6, производится для задержания влаги в почве, выравнивания и  измельчения крупных комьев земли  на поверхности поля, а также для  уплотнения почвы, что особенно необходимо перед посевом сельскохозяйственных культур. Данная операция снижает проскальзывание опорно-приводных колёс сеялок, что повышает равномерность высева, и стабилизирует глубину заделки семян.

     Использование ККЗ-6 для послепосевного прикатывания способствует влагозадержанию и  улучшению контакта семян с почвой, что обеспечивает более раннее и дружное прорастания семян, повышает урожайность. Так, например, проведённые полевые опыты показали, что появление дружных всходов после посева ячменя сеялками СЗП‑3,6А обусловлено применением кольчато-зубчатых катков ККЗ-6, при этом повышение урожайности по сравнению с непрокатанными участками в 2005 году составило 17,5 %, а в 2006 году — 12,3 %.

     Катки используют для возделывания  почвы  как к севу, так и после. К севу их применяют для выравнивания поверхности поля, разрушения брыл и грудок, уплотнения почвы; после сева - для улучшения контакта семян с почвой и приплыву влаги к ним из нижних слоев.

     По  форме рабочей поверхности катки в полеводстве разделяются на гладкие и блестящие, прутковые, гладко-рубчастый, кольчатые, кольчато-зубчатые, кольчато-шпоровый и борончастые.

     Прутковые катки – многоцелевого назначения. Они дополнительно крошат образующиеся почвенные комки, выравнивают поверхность поля и выбрасывают на поверхность сорняки вместе с корнем. Прутки проникают вглубь разрыхленной почвы и формируют уплотненное ложе на глубине заделки семян. При этом глубина залегания уплотненного ложа регулируется величиной давления катков на почву, минимальное значение её может составлять 2,5 - 3 см.

     Гладкий каток общего назначения применяют для уплотнения почвы и выравнивания поверхности, а также для укатывания зеленых удобрений перед пахотой. Он представляет собой полый цилиндр, внутреннюю полость которого для увеличения давления на почву заполняют водой. Вместимость цилиндра  катка составляет 500 дм. Вместимость цилиндра катка для укатывания почвы к севу и после сева сахарной свеклы составляет 100 дм. Гладкие катки не разбивают брылу, а лишь втискивают их.

     Кольчатый каток предназначен для уплотнения нижних слоев в  почве, в результате действия на него узких острых клиньев, которые глубоко врезаются в почву, уплотняют ее нижний слой. Образованные после прохода катка гребни непрочны и быстро осыпаются в канавки, образовывая   пышный, мульчируемый      поверхностный      слой       почвы.  

     Кольчато-зубчатый  каток предназначен для выравнивания поверхности поля, уплотнения подповерхностного и взрыхления поверхностного слоя в почве. Он состоит из набора колец, которые чередуются с клинообразными и зубчатыми рабочими органами. Очистка колец от налипшей почвы и растительных остатков происходит в результате их вращения с разной скоростью. 

     Кольчато-шпоровый каток применяют для взрыхления верхнего и уплотнения подповерхностного слоев почвы, разрушения грудья, корки и выравнивания вспаханного поля. Он состоит из набора колец, которые имеют шпоры (осевые выступления), расположенные по бокам колец.

     Борончатый  каток применяют для разрушения грудок и укатывания почвы перед севом с одновременным взрыхлением поверхностного слоя, а также для разрушения грунтовой корки на посевах. Он являет собой цилиндр, на котором за винтовой линией размещены зубы. Удельное давление на один сантиметр длинны  катка зависит от массы балласта.

     Каток  кольчато–шпоровый 3ККШ-6 предназначен для предпосевного и послепосевного прикатывания почвы, для разрыхления верхнего и уплотнения подповерхностного слоев почвы, для разрушения корки вспаханного поля.

     Каток является прицепным орудием и  рассчитан на работу с тракторами класса 1,4, а также может быть использован отдельными звеньями с бороновальными сцепками для работы с тараторами класса 3.

     По  требованию заказчика допускается  комплектация кольчато – шпорового  катка с балластными ящиками  и без них.

     Рис. 1. Рабочие органы полевых катков:

1-гладкий  водоналивной цилиндр; 2а- кольцо  с клинчатым ободом;

2б-кольцо  с ребристым ободом; 2в-шпоровое  кольцо; 3-кольчато-зубчатый;

4-гладкорубчатый  цилиндр.

     2. Описание культиватора КПЭ-3,8

     Устройство относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности агрегатам, выполняющим за один проход несколько технологических операций. Агрегат содержит раму с навеской, опорными колесами, механизмами регулировки и рабочими органами. На раме последовательно расположены лапы культиватора и каток. Особенностью агрегата является то, что зубья катка, установленные на штангах, при работе качественно рыхлят слой на всю глубину. Зубья расположены на штангах под прямым углом друг к другу и не распыляют почву, сохраняют ветроустойчивость пашни и повышают водонакопительные влагосберегающие характеристики взрыхленного слоя.

     Этот почвообрабатывающий агрегат включающий раму с опорными колесами и механизмами регулировки и последовательно расположенный каток с выравнивателем.

     К недостаткам известного КПА следует отнести неудовлетворительное крошение пласта лапами культиватора рыхление нижнего слоя, выравнивание поверхности, уплотнение среднего слоя и мульчирование верхнего сухого слоя почвы, он перемешивает слои почвы, что ведет к испарению влаги из почвы.

     Известен  комбинированный почвообрабатывающий  агрегат включающий раму с опорными колесами, механизмами регулировки штангово-зубчатый каток с зубьями, расположенными под прямым углом друг к другу.

     Неудовлетворительная  выравненность растительными остатками и почвой валообразование, забивание штангово-зубчатого катка.

     Расположение  по цилиндрической поверхности лопастей, высота которых весьма мала по сравнению  с радиусом цилиндрической поверхности, дает возможность улучшить технологические процессы выравнивания и уплотнения почвы, так как устраняется при этом забивание, залипание пространства между лопастями, уменьшить металлоемкость агрегата.

     Выполнение  рабочей кромки лопастей ступенчатой  повышает крошение почвы за счет того, что на глыбу действует нижняя кромка, а затем верхняя, улучшается выравнивание, более равномерно уплотняется почва среднего слоя. Расположение круглых штанг с ножевидными зубьями по цилиндрической поверхности, соединенных кольцами, радиус которых значительно больше радиуса штанги, обеспечивает измельчение глыб и крошение почв без забивания рабочих органов растительными остатками и почвой, уменьшение металлоемкости агрегата.

     3. Прочностные расчеты

     Проверка  прочности балки на изгиб

Построение  графика Миз:

     Рис.2. График построения сил

    Определение момента сопротивления сечения балки:

-толщина  стенки трубчатого квадрата;

-длина  стороны трубчатого квадрата,

-длина  внутренней стороны трубчатого квадрата;

     Из  справки, момент сопротивления квадрата при изгибе:

     Рис.3. Сечение трубчатого квадрата

      ;

     Отсюда  получаем:

      ;

     Определение условия прочности при изгибе:

     Условие прочности определяется из неравенства:

-допускаемое  напряжение на растяжение для  Ст3 ГОСТ 380-60,

= 90МПа = 90* Па

     Максимальный момент определяется:

      ;

     Определяем  условие прочности:

      ;

     Исходя  из расчетов можно сделать вывод, о том что наше расчетное число  в ходит в допускаемое отклонение, а это говорит, что наша трубчатая  балка не будет гнуться и ломаться.

     Расчет  шарикоподшипника

     Чтобы определить необходимую динамическую грузоподъемность шарикоподшипника, который  должен иметь долговечность 

     при  работе  под  нагрузкой  и оборотами n = 500 об/мин.

     Рис.4. Положение подшипников на средней балке

     Зная    и n, находим нагрузка деленная на силу С/Р = 8,23, это отношение выбираем из справочника расчетов подшипника по таблице.

     В данном случае Р = Р = 1500 Н.

     Значит  С/Р = 8,23 8,23 Р С = 8,23 1500 = 12345 Н.

     Отсюда  мы узнали, что нагрузка на шарикоподшипник  приходится      С = 12345 Н.

      4 Требования техники  безопасности к  конструкции противоэрозионного  культиватора КПЭ-3,8

      Усовершенствованная конструкция культиватора КПЭ-3,8 (с установленным прикатывающим устройством) разрабатывалась в соответствии с требованиями техники безопасности к элементам конструкции оборудования по ГОСТ 12.2.003-90. Органы управления выполнены по требованиям ГОСТ 12.2.062-81.

      Регулировку и ремонт усовершенствованного культиватора КПЭ-3,8 проводят при полностью заглушенном двигателе трактора Т-150 с установкой спец-подставки при случайно-внезапном перекатывании агрегата при остановке на поверхности под уклоном. При регулировках или замене рабочих органов высевающего аппарата используют средства защиты для рук – рукавицы.

      Предельно-допустимый уровень шума при работе усовершенствованного культиватора соответствует ГОСТ 12.1.003-83.

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ

1. Авилов  В.И. Справочник по планированию сельского хозяйства – М: Колос, 1976.
2. Анурьев В.И. Справочник конструктора – машиностроителя – М: Колос, 1982. - Т1 576 с., Т2 584 с., Т3 576 с.
3. Астафьев М.М. Техника в сельском хозяйстве – М.: Колос, 1978.
4. Барсуков А.Ф. Справочник по сельскохозяйственной техники – М: Колос, 1984.
5. Белов Б.М., Кириченко В.Е. Методические указания по выполнению курсовой работы по эксплуатации МТП для студентов агрономического факультета. Луганск: печатный цех ЛГАУ.
6. Бобриков Ф.А. Курсовое и дипломное проектирование по эксплуатации МТП – М: Колос, 1980.
7. Большаков М.М. и др. Охрана труда в сельском хозяйстве – М: Колос, 1989.
8. Годин Е.И. и др., Техническое черчение. К:, Выща школа: 1983. - 440 с.
9. Годовые отчеты хозяйства за 1999…2001 годы
10. ГОСТ 12.2.003-91 Оборудование производственное. Общие требования безопасности
11. ГОСТ 2.108-68 ЕСКД Спецификация
12. ГОСТ 2.109-73 ЕСКД Основные требования к чертежам
13. Евсюков Т.П. Курсовое и дипломное проектирование по эксплуатации МТП. -М.: Агропромиздат, 1985.-143 с.
14. Експлуатація машинно-тракторного парку в аграрному виробництві. /В.Ю. Ільченко, П.І. Карасьов та ін./ За  ред. В.Ю. Ільченко - К.: Урожай, 1993.
15. Иофинов С.А., Бабенко Э.П., Зуев Ю.А. Справочник по эксплуатации машинно-тракторного парка. М.: Агропромиздат, 1985.-272 с.
 

16. Иофинов С.А., Лышко Г.П., Хабатов Р.Ш. Курсовое и дипломное проектирование  по эксплуатации машинно-тракторного парка. М.: Агропромиздат, 1989.-191 с.
17. Иофинов С.А., Лышко Г.П., Эксплуатация машинно-тракторного парка. М.: Колос, 1984.-351 с.
18. Кленин Н.И., Сакун В.А. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. М.: Колос, 1980. - 671 с.
19. Методические указания по экономическому обоснованию дипломных проектов – Ворошиловград: ВСХИ, 1977.
20. Погорелый Л.В. Повышение эксплуатационно-технологической эффективности сельскохозяйственной техники.-К.: Техника, 1990.-176 с.
21. Примак І.Д., Гудзь В.П. Операційні технології вирощування кормових культур. -К.: Урожай, 1995. -288 с.
22. Типовые нормы выработки и расхода топлива на механизированные и полевые работы в сельском хозяйстве. Т1, Т2. -М.: Агропромиздат. 1990. -352 с.
23. Требования ГОСТ 12.2.003-91 "Оборудование производственное. Общие требования безопасности"
24. Фере Н.Э., Бубенов В.В., Еленев А.В., Пильщиков Л.М. Пособие по эксплуатации МТП. - М.: Колос, 1971.-280 с.
25. Детали машин в примерах и задачах. Под редакцией С. М. Башеева. –  Минск : Высшая школа, 1970.
26. Крижановский В. І., Касай Я. К. Довідник по нормуванню ремонтних робіт. – Київ: Урожай, 1997.