Культиватор

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

В связи с ускорением темпов развития научно-технического прогресса и повышении эффективности производства во всех областях народного хозяйства. Наряду с промышленностью высокими темпами должно развиваться и сельское хозяйство.

Сельское хозяйство имеет огромное влияние на темпы развития экономики  и на повышение жизненного уровня населения.

Машины для сельского хозяйства  нашей страны создаются и применяются  в соответствии с системой машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства, которая служит научной и технической основой комплексной механизации сельскохозяйственного производства.

В соответствии с научно-техническим  прогрессом существуют пути совершенствования сельскохозяйственных машин. Это внедрение прогрессивных энергосберегающих почвозащитных технологий, машин и оборудования, обеспечивающих резкое снижение затрат труда и повышение его эффективности, а так же создание комбинированных машин и агрегатов, совмещающих выполнение нескольких операций при одном проходе, особенно при обработке почвы. Применяют увеличение ширины захвата агрегатов, пропускной способности уборочных машин, механизации погрузочных работ, повышения качества и надежности машин за счет применения современных конструктивных материалов, автоматизации производственных процессов, применение автоматизированных машин и систем, обеспечивающих работу по заданным технологическим критериям.

 

 

 

 

 

1.Комплекс машин для междурядной обработки почвы

1.1.Способы выполнения технологического процесса

Рабочие органы всех  сельскохозяйственных машин и орудий, взаимодействуя с  обрабатываемым материалом, выполняет  качественные изменения этого материалы  – его размеров, формы, физических свойств.

Технологический или рабочий процесс сельскохозяйственной машины слагается из технологических операций.

Технологические процессы в совокупности с транспортными, ремонтно-эксплуатационными, энергетическими и другими операциями, необходимыми для осуществления  этих процессов, составляют производственные процессы.

Важнейшими процессы в полеводстве  механизированы, однако механизированные работы некоторых производственных процессов выполняются недостаточно производительными и надежными  машинами, слишком тяжелыми и дорогостоящими. Замена таких машин более совершенными, а так же разработка новых для слабо механизированных отраслей сельского хозяйства – необходимое условие его дальнейшего развития.

Для междурядной обработки почвы  наша промышленность выпускает ряд  навесных машин. Особое место в этом ряду занимают культиваторы – окучники. Они выполняют такие операции как: окучивание, нарезание гребней, а в комплекте с другими рабочими органами – рыхление, подкормка, боронование, прореживание. Междурядная обработка очень важный процесс. От качества выполнения, которого напрямую зависит урожайность пропашных культур. Не даром  в народе говорят: «Окучивание – сухой полив».

 

 

1.2.Классификация машин

Основной принцип классификации  машин – их деление по назначению, принципу действия, способу соединения с источниками энергии и ее использование.

По назначению машины подразделяются на группы: почвообрабатывающие, посевные и посадочные, для внесения удобрений, для защиты растений от вредителей и болезней, для уборки трав и  силосных культур, для уборки и послеуборочной обработки зерновых, зернобобовых, крупяных и масленичных культур, для уборки кукурузы на зерно, для уборки корнеплодов, для уборки прядильных культур, мелиоративные машины.

По принципу действия машины делятся  на машины непрерывного или циклического действия.

По способу соединения с источником энергии они классифицируются на прицепные, полунавесные, самоходные и стационарные.

По способу использования энергии  рабочим органом машины бывают с  пассивными, активными и комбинированными рабочими органами.

Согласно принципов классификации  культиваторы – окучники относятся  к почвообразовающим навесным машинам  с пассивным рабочим органом.

По назначению культиваторы делятся  на три группы:

а) для сплошной обработки почвы 

б) для междурядной обработки почвы (пропашные)

в)       специальные

Пропашные культиваторы применяют  для обработки пропашных культур. С их помощью, кроме уничтожения  сорняков, подрезанием, вычесыванием и  присыпанием землей, проводят подкормку  растений и рыхление междурядий. Рабочими органами культиватора являются лапы, в виде окучника. Культиваторы снабжены колесами для поддержания постоянной глубины обработки и набором сменных рабочих органов. Лапы культиваторов для междурядной обработки почвы прикреплены к брусу рамы секциями на шарнирных параллелограммных подвесках, чтобы они лучше копировали рельеф.

Пропашные культиваторы классифицируются по типу обрабатываемой почвы и делятся  на 2, категории: для каменистой почвы  и для простой. Для каменистой выпускаются культиваторы КНО-2,8: КНО-4,2. для простых почв выпускаются КОН-2,8А: КРН-4,2Г: КОР- 4,2А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3. Технико – экономическая характеристика

Данные по характеристике серийно  выпускаемых культиваторов –  окучников приведены в таблице 1.

Таблица 1

Технические характеристики культиваторов для междурядной обработки почвы

Показатели	КОН-2,8А	КРН-4,2Г	КОН-2,8Г	КНО-2,8	КНО-4,2	КФК-2,8	КФЛ-4,2	КОР-4,2А
Ширина захвата, м	2,8	4,2	2,8	2,8	4,2	2,8	4,2	4,2
Рабочая скорость, км/ч	6-9	до 9	6-9	7-8,5	7-8,5	3-4	3-6	9
Транспортная скорость, км/ч	15
Число обрабатываемых рядков, шт	4	6	4		6	4	6	4-9
Производительность за час основной работы, га	1,8-2,2	2,6-3,0	1,6-2,5	1,8-2,0	2,5-2,8	0,8-1,2	1,26-2,52	3,78
Габаритные размеры  в рабочем положении, мм:
длина	2450	4110	1670	1900	2265	1700	2500	4430
ширина	3230	4620	3250	3230	4620	3160	8600	3615
высота	1580	2140	1500	1580	1180	1380	1700	2489
Масса, кг	885	880	801	880	1786	1150	1744	1033
Дорожный просвет, мм	300			350		300
Обслуживающий персонал, чел:
на культивации	1
на подкормке	2	2	--	2	2	--	--	2
Масса загружаемых туков, кг	128	192	700*	128	192	--	--	--

 

 

 

 

 

 

1.4. Перспективы  совершенствования

Культиваторы-окучники используются    в    сельском хозяйстве очень    давно,     претерпели    целый ряд видоизменений и в настоящее время разработано много модификаций. Применяются данные машины для возделывания пропашных культур в период их активного роста. Поэтому вопрос совершенствования постоянно остается открытым, так как помимо качества обработки междурядий необходимо добиваться минимальных повреждений растений, максимально снижать давление на почву, за счет замены металлоёмких конструкций, добиваться минимального тягового сопротивления. Так же создание культиваторов, совмещающих несколько операций за один проход. Основным критерием разработки новых или модернизация устоявшихся моделей не должна выходить за рамки агротребований.

1.5. Агротехнические требования

Окучник состоит из неразъёмного корпуса  со стойкой, сменного носка, для рыхления дна борозды и крыльев. На крыле находиться паз для регулировки расстояния между крыльями, с изменением которого меняется высота гребня почвы, образуемого окучником. Глубину окучивания выбирают такой, чтобы растения были присыпаны примерно на одну треть высоты. При этом высота гребней может быть значительной до 25 см..

Рабочие органы культиватора расставляют  помимо глубины обработки почвы  ещё и на заданную ширину междурядия.   Эти   операции   выполняются   на   ровной площадке с точностью до миллиметров, глубину обработки выставляют с допуском 2-3 см на вдавливание опорных   колес   или   катков   в   почву. Для обработки стыковых междурядий наружные крылья крайних окучников снимают и обрабатывают междурядья за два прохода агрегата.

Культиваторы при работе должны уничтожать 98-99% сорняков и рыхлить почву без выноса влажных слоев на поверхность и без распыления.

2.Технологический процесс работы культватора

2.1.Описание  технологического процесса работы  машины

Навесной культиватор-окучник  КНО-2,8 (рис. 1) предназначен для междурядной обработки картофеля, посаженного четырехрядными сажалками.

Рис. 1. Общий вид культиватора КНО-2,8.

К поперечному брусу 1, опирающемуся  на колеса 9, прикреплены пять секций с рабочими органами. Для агрегатирования с трактором служат верхний и два нижних кронштейна навески 2.

Секция рабочих органов  представляет собой четырехзвенный парал- лелограммный механизм, состоящий из переднего кронштейна, нижнего П-образного  звена,  верхнего  регулируемого  звена   и  грядиля 6.

На грядиле центральный 7 и два боковых держателя для рабочих органов. Секций можно переставлять по брусу рамы для обработки междурядий 60-70 см.

Параллелограммный механизм при подъемах и опусканиях колеса секции на неровностях почвы обеспечивает параллельное перемещение грядиля 6, сохраняя постоянные углы наклона рабочих органов и глубину обработки.

Центральные держатели 7 закрепляют в пазах грядилей срезными болтами. При установке на заданную глубину обработки стойку рабочего органа перемещают в держателе и закрепляют стопорным болтом. Расстояние  между  рабочими  органами  в  поперечном  направлении изменяют перемещением брусьев боковых держателей в пазах грядиля.

Положение грядиля каждой секции, а следовательно, и углы наклона закрепленных на нем рабочих органов регулируют изменением длины верхнего звена параллелограммного механизма. Положение грядилей одновременно у всех  секций  регулируют изменением длины верхней центральной тяги механизма навески трактора.

2.2. Обоснование предлагаемой модернизации

В настоящее время защите посадок  картофеля от вредителей уделяется всё больше внимания. Большими темпами  идёт развитие  и модернизация техники для защиты растений. Применяются мощные насосы высокого давления, которые совместно с новыми типами распылителей  дают очень мелкую дисперсность распыла. Большое внимание уделяется широкозахватным орудиям. Это позволяет увеличить норму выработки в день, повысить экономию ТСМ, и т.д.

Модернизируемый агрегат позволит совмещать две операции в одной, так как операция опрыскивания идёт сразу же за операцией окучивания. А так как картофель очень трудоёмкая культура, то это позволит в значительной мере сэкономить время, затрачиваемое на возделывание картофеля и повысить экономию ТСМ. Применение модернизированного опрыскивателя на базе культиватора сэкономит более 20% вносимых препаратов.

2.3. Описание предлагаемой модернизации

На сегодняшний день на рынке  существует много фирм производящих и реализующих современную технику  для защиты растений как собственного, так и зарубежного производства, а так же комплектующие изделия  ведущих фирм Италии и Германии. ООО «НПФ ГУТА» реализует комплекты для модернизации и ремонта опрыскивателей, разрабатывает и изготовляет дополнительно к указанной номенклатуре нестандартную технику по специальным заказам потребителей [8].  На базовую модель культиватора-окучника КНО-2,8 Б предлагается установить комплектующие изделия этой фирмы. В комплект будут входить:

- фильтр, всасывающий с клапаном  и кронштейном крепления к  раме;

Фильтр всасывающий

производительность, л/мин - 60...260

 тонкость фильтрации, мкм - 365

 

- 3…6 секционный регулятор-распределитель  со встроенным напорным фильтром  с манометром и кронштейном  крепления;

Регулятор-распределитель 4 секционный со встроенным напорным фильтром с манометром

производительность ( макс), л/мин - 160

рабочее давление ( макс.), бар - 20

d патрубка входного, мм - 25

d патрубка сбросного, мм- 25 или 30

d патрубка секции, мм- 13

- гидросмеситель эжекторный для  перемешивания рабочей жидкости  в ёмкости с деталями крепления;

- шланги для соединения бака, насоса, фильтров и регулятора- распределителя между собой;

- 4-х секционный гибкий коллектор,  состоящий из соединённых шлангами  распылвающих устройств(форсунок) с  отсечными клапанами и распылителями,  кронштейны для крепления коллектора  к штанге;

- шланги для подачи рабочего раствора от регулятора-распределителя к секциям коллектора и гидросмесителю;

- хомуты, метизы и ЗИП;

- инструкцию по сборке, установке  и регулировке.

Форсунки оснащаются современными распылителями фирмы «LECHLER» (Германия), обеспечивающими расход рабочей жидкости в диапазоне 50…400 л/га.

Форсунки 3; 4; 5 позиционные

         для шлангового коллектора и 

         трубчатого  коллектора

 

 Ёмкость предлагается расположить  на раме культиватора путём  крепления его с помощью кронштейна, а привод насоса осуществить от гидромотора.

 Для установки предложенного  оборудования на базовую модель  культиватора необходимо разработать  и провести расчёт: кронштейна  крепления ёмкости. А так же  провести гидравлический расчёт  системы опрыскивания с целью  выбора насосного агрегата. Произвести выбор насосного агрегата.

 

Рис. 2. Схема культиватора-окучника КНО-2,8 с разработанным опрыскивателем

1-опорные колёса; 2-кронштейн крепления  регулятора-распределителя; 3-регулятор-распределитель со встроенным напорным фильтром и манометром; 4- мембранно-поршневой насос с кронштейном крепления; 5-ёмкость; 6-всасывающий фильтр с клапаном; 7- кронштейн крепления ёмкости; 8-кронштейн крепления штанги опрыскивателя;9-форсунки в сборе с распылителями; 10-штанга; 11- задний и передний грядили; 12-пружинные предохранители переднего и заднего грядилей; 13- ротационные бороны; 14- стрельчатая лапа с отвалами;

 

 

 

 

3. Технологические, кинематические  и энергетические расчеты

Рассчитаем следующие показатели для опрыскивателя - минутный расход жидкости на один распылитель, площадь, обрабатываемую опрыскивателем при одной заправке бака, количество концентрированного ядохимиката необходимого для одной заправки.

Для примера рассчитаем  операцию обработки  посевов картофеля 80% купрозаном, норма внесения препарата от 2,4 до 1,9 кг/га действующего вещества, расход рабочей жидкости составит 300 - 400 л/га.

Площадь, обрабатываемая при одной заправке агрегата, находится по формуле:

,

где S – площадь, обрабатываемая за одну заправку, га;

V_Б – объем бака, V_Б = 300 л;

N – норма внесения раствора, N=300 л/га.

  га.

Минутный расход жидкости на один распылитель найдем как:

,

где v – скорость движения агрегата, v = 8 км/ч;

В – ширина захвата машины, В = 2,8 м;

n – количество распылителей на штанге n = 4.

По определенному расходу жидкости одним распылителем определяем по таблице  распылителя и рабочее давление в системе.

 

 

 

 

 

Таблица 2. - Характеристики распыливающих насадков

Рабочее давление жидкости, МПа	Щелевые красные (ОЦУ.11.220-02)	Щелевые синие (ОЦУ.11.220-03)
0,2	0,79	1,22
0,3	0,98	1,44
0,4	1,17	1,63
0,5	1,37	1,82
0,6	1,45	2,02
0,7	1,55	2,18
0,8	1,66	2,34
0,9	1,79	2,50
1,0	1,81	2,67

 

Следовательно, наиболее подходящим является применение щелевого синего распылителя при давлении жидкости  0,7МПа.

Если на штангу установить распылители другого типа с известным минутным расходом, то по данным таблицы устанавливают рабочее давление в нагнетательной системе и рассчитывают требуемую скорость движения агрегата по формуле:

.

Для приведенного выше типа распылителя  рабочая скорость агрегата составит:

км/ч.

 Определим количество заправок опрыскивателя, которые можно провести при применении агрегата для приготовления жидкостей АПЖ-12. Емкость основного бака  агрегата для приготовления жидкости имеет вместимость основного бака 3200 л. Таким образом, количество заправок, К составит:

В зависимости от применяемой технологии, обрабатываемой культуры, цели опрыскивания могут применяться различные  форсунки и распыливающие наконечники.

Расчет трубопровода

Исходя из определённого расхода  всех наконечников, определим диаметр нагнетающей магистрали по формуле:

,

где - расход жидкости через наконечники, м³/с;

 - скорость потока жидкости, v =1,5 м/с, [12, стр.186].

  = 0,009  м

Принимаем диаметр (внутренний) 10мм. Выбираем гибкий металлический рукав по Р1-Ц-Х-15×1600 ГОСТ 3575-82, [12, т.3, с.400].

         Диаметр  всасывающей магистрали:

,

где - скорость потока жидкости, v =1,0 м/с, [12, стр.186].

 м

Принимаем диаметр (внутренний) 15мм, выбираем гибкий металлический рукав  Р1-Ц-Х-22×900 по ГОСТ 3575-82, [12, т.3, с.400].

Определим действительную скорость на участках всасывания и нагнетания.

На участке нагнетания: м/с

На участке всасывания: м/с

Определим общие потери давления, МПа:

,

где - суммарные путевые потери, МПа;

- суммарные местные потери, МПа;

- суммарные потери в гидроагрегатах, МПа;

,

где , - путевые потери нагнетательного и всасывающего трубопроводов соответственно;

Путевые потери давления нагнетательного и всасывающего трубопроводов  вычисляем при оптимальной температуре гидросистемы 20 ⁰С. Определим коэффициент гидравлического сопротивления трения:

,

где - число Рейнольдса.

,

где м²/с – кинематическая вязкость раствора пестицида, [13].

для нагнетательного  участка:

,

.

для всасывающего участка:

,

.

Потери давления трубопровода:

,

где = 1010 кг/м³ – плотность рабочего раствора,  [13].

- длина  магистрали, принимаем  длину нагнетательной магистрали – 3,1 м, всасывающей – 0,3 м;

для нагнетательного  участка:  , МПа.

для всасывающего  участка:  , МПа.

Местные потери давления трубопроводе:

,

где – суммарное сопротивление коэффициента местных сопротивлений.

Таблица 3.

Расчетные   значения потерь давления в местных сопротивлениях.

Наименование гидролинии	Наименование местного сопротивления		Кол-во	, Па
Нагнетательный трубопровод	Штуцер, соединение Поворот трубопровода	0,1 0,16	8 5	1282
Всасывающий трубопровод	Штуцер, соединение Гибкий трубопровод	0,1 0,32	1 1	33

 

По рекомендации [11, табл. 10.26, стр. 280], принимаем: для крана регулирования подачи ; для отсечного и редукционного клапанов , для фильтра . Тогда потери в гидроагрегатах нагнетательного трубопровода равны:

,

, МПа

Суммарные потери давления:

, МПа

Определим требуемый напор, с учетом потерь в нагнетающем рукаве по формуле:

,

Па

Определим мощность необходимую на привод насоса по формуле:

, Вт,

 кВт

Таблица 4.

 Характеристика мембранно-поршневой насос марки AR-303

Показатель	Значение
Производительность, л/мин	10
Производительность, л/мин	30
Максимальное рабочее давление, МПа	2
Рабочие обороты вала,  об/мин	540
Мощность на привод, Вт	390
Вес,  кг	4,5
Диаметр всасывающего патрубка, мм	25
Диаметр нагнетающего патрубка, мм	13
Потребляемая мощность, кВт	1,76

Для привода насоса выбираем гидромотор шестеренный ГМШ- 10ВА:

Рабочий объём, см. куб …………………………………………….10

Давление на выходе, МПа:

номинальное ……………………………………………………….16

максимальное  ………………………………………………………21

Частота вращения,

номинальная ……………………………………………………….25

максимальная  ……………………………………………………...50

минимальная ………………………………………………………8,3

Номинальный крутящий момент, не менее ……………108,8

Объёмный КПД, не менее………………………………………..0,8

Номинальная мощность, кВт не менее  ………………………….8,4

Масса, кг  …………………………………………………………2,35

4. Конструкторские  расчеты

4.1. Расчёт реакций в узлах кронштейна крепления ёмкости

Рис. 3. Схема  кронштейна.

Кронштейна состоит из полки  « », стойки « » и подкоса « ». Подкос может быть выведен в точку « ».

На рис. 3.1 показана схема кронштейна. Стойка крепится с помощью болтов точках « » и « ». Целью расчёта является определение размеров сечения элементов металлоконструкции кронштейна, проверки прочности сварных швов и выбор размеров резьбового соединения.

Для решения конкретной задачи считаем, что на конце полки кронштейна, в точке « » закрепляется грузовая скоба грузоподъёмностью 600 кг., т.е. кН.

Примем размеры элементов:

 мм; мм; мм; ;

Тогда:

 мм;

 мм.

Условимся активные силы обозначать сплошным вектором, а реактивные пунктирной линией, а у названия вектора ставить  индекс «¢». Используя приёмы статики, а конкретно метод составления моментов и силовых многоугольников находим силы, действующие в характерных узлах.

Узел «

»

Рис. 4. Узел «

»

Составляем уравнение моментов относительно точки « ».

;

.

Находим силу :

 кН.

Используя метод силового многоугольника, находим силу .

 кН.

 кН.

Узел «

»

Составляем уравнение моментов относительно точки « ».

;   .

Находим силу :

 кН.

Рис. 5. Узел «

»

Сила  кН была определена в узле « ».