Проект приспособления для измельчения листостебельной массы кукурузы

Размещено на http://www.allbest.ru/

46

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. ПРОИЗВОДСТВЕННО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ХОЗЯЙСТВА. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ПРОЕКТА

1.1 Адресные сведения

уборка кукуруза жатка измельчение

ООО УПХ «Брюховецкое» расположен в ст. Брюховецкой в 100 км от краевого центра города Краснодара. Хозяйство производит как растениеводческую, так и животноводческую продукцию. В состав хозяйства входят: семь комплексных бригад, молочно-товарные фермы, свиноводческо-товарные фермы. Все пахотные земли, животноводческие фермы, необходимые материальные и трудовые ресурсы закреплены за соответствующими комплексными отделениями. В комплексных отделениях организованы звенья по выращиванию зерновых, пропашных, а также кормовых культур, дополнительными являются отрасли: в растениеводстве -производство сахарной свеклы, в животноводстве -производство молока.

Все структурные подразделения хозяйства связаны между собой сетью асфальтированных дорог. Дороги удобно связывают все производственные хозяйственные центры с полями севооборотов и пункты сдачи продуктов.

1.2 Природно-климатические условия

Средняя длительность безморозного периода составляет 195 дней. Период со среднесуточной температурой выше +10°С начинается во второй декаде апреля и длится 191 день.

Изменение температуры по сезонам происходит плавно. В течение зимы довольно часто отмечаются оттепели - за зиму 43 дня. Снежный покров неустойчивый, «в среднем толщина снежного покрова составляет 11 сантиметров. Средняя дата первого заморозка 22 октября, а последнего 13 апреля.

Лето жаркое, длинное (144 дня), сухое. Среднегодовое количество осадков равно 643 мм с варьированием по годам 400...700 мм. Сумма осадков за вегетационный период составляет 350-400 мм, а за период активной вегетации -250-350 мм, что является оптимальным для нормальной жизнедеятельности большинства возделываемых растений.

Господствующими являются ветры восточных и западных направлений. Сухие северо-восточные и восточные ветры сопровождаются зимой похолоданием, а летом зноем и суховеями. Западные и юго-западные ветры смягчают климат - летом они приносят дожди, а зимой потепление и осадки.

Климатические условия хозяйства соответствуют биологическим требованиям большинства сельскохозяйственных культур, возделываемых в данной природно-климатической зоне.

Почвы ООО УПХ «Брюховецкое» в основном представляют собой сверхмощный выщелоченный чернозем. Эрозии почв нет. Рельеф местности -равнина.

Распределение осадков на территории хозяйства неравномерное. Всего за 2005год выпало 754,3 мм осадков. Распределение количества осадков по месяцам представлено в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Распределение осадков по месяцам

	январь	февраль	март	апрель	май	июнь	июль	август
Месяц									сентябрь	октябрь	ноябрь	декабрь	ИТОГО
Осадки,	3,8	106,7	20,5	8,2	473	244,6	37,7	108,9	205	67,7	543	24,4	7543
мм

Температура зимой может достигать - 20°С мороза, весной и осенью - до 20°С тепла, а летом до 40°С.

Средняя площадь поля составляет 92 га, средняя длина гона - 800 м. Большинство полей хозяйства окружены лесными полосами по всему периметру. Ширина лесополос от 8 до Юм.

1.3 Землепользование

Структура землепользования бригады №1 представлена в таблице 1.2.

Таблица 1.2. Структура землепользования

Наименование угодий	Площадь, Га	Процент к общей площади, %
Всего земель	2052	100
Сельскохозяйственных угодий	1925	95,3
Пашни	2052	88,8
Дорога	22	1,1
Прочие земли	30	1,5

Как видно из таблицы 1.2 основную площадь занимают пашня.

1.4 Структура посевных площадей, урожайность, себестоимость и валовое производство сельскохозяйственных культур

Сведения о структуре посевных площадей, урожайность, валовое производство бригады №1 представлены в таблице 1.3.

Таблица 1.3.Структура посевных площадей и урожайность

Культура	Площадь, га	Урожайность, т/га	Валовой сбор, т
		План	Фактическ.
Озимая пшеница	1130	5,5	5,6	4939,2
Кукуруза на зерно	108	6,0	6,3	636,3
Кукуруза на силос	-	-	-	-
Подсолнечник	239	2,5	2,7	472,5
Сахарная свекла	100	4,2	4,1	537,3
Горох	212	2,8	3,0	603
Овощные культуры	191	14	14,7	2807,7
открытого грунта, из них: перец помидоры огурцы	21 26 40	24 20 12	23,7 20,9 12,3	497,7 523,1 492

Из таблицы 1.3 видно, что основное место в севообороте занимает озимая пшеница, за последние три года ее урожайность выше плановой. Второе место в севообороте занимает сахарная свекла и кукуруза. Значительная площадь отводится под овощи.

Таблица 1.4 Тракторный парк бригады

Трактор	Год выпуска	Вид последнего ремонта	Расход топлива от последнего ремонта
Марка	Хоз. №
Т-150	19-81	1994	ТО-2	12,0
Т-150	87-52	1991	ТО-2	8,4
МТЗ 12-21	50-63	2005	Новый	0
МТЗ 12-21	16-60	2003	Новый	0
ДТ75	17-54	1994	ТО-3	7,10
Т70	70-82	1990	ТО-2	4,2
МТЗ-82	61-52	1989	ТО-3	8,0
МТЗ-82	61-63	1999	ТО-2	8,0
МТЗ-82	79-51	1993	ТР-1	16,0
МТЗ 80	62-00	1986	ТР-1	12,80

Таблица 1.5 Парк сельскохозяйственных машин

Машина	Марка	Количество, шт.	Примечание
Лущильник	ЛДГ-15А	3
	ППЛ-10-25	3
Плуг	ПЛН-5-35	2
	ПНУ - 4 - 40	3
Борона	БДТ-7А	1
	БДТ-3	1
	ЗОР-0,7	10
	БСО-4А	1
	ШБ-2,5	2
Культиватор	КПК-8	2
	КРК - 8,4	2
	КРШ-8,1	1
	УСМК-5,4	2
	КПС-4	1
	КПК-4	1
Агрегат комбинированный	КУМ-4	2
Плоскорез	ОПТ-3,5	1
Разбрасыватель	МВУ-5	2
	РУН-15Б	1
Емкость для транспортировки	ЗЖВ-3,2	1
Опрыскиватель	ОП-24	2
Загрузчик сеялки	ЗАУ	1
Сеялка	СУПН-12	1
	СЗТ-3,6	1
	СЗП-3,6	4
	ССТ- 12 В	2
Подкормщикг	ПОМ-630	1
	ПШ-21,6	2
Приготовление раствора пестицида	АПЖ-12	1
Каток	ЗККШ - 6 А	11
	ВПШ-15	1
	СКГ-2	2
Жатка	ЖВП-6	2
	ЖСБ-4,2	1
Комбайны	ДОН-1500Б	7
	CF-10	1
	КСКУ-6	1
	КПС-5Б	1
	КПИ-2,4	2
Прицеп	2ПТС-45	5	-
Ботвоуборочная машина	БМ-6	1
Корнеуборочная машина	РКМ-6	1
Погрузчик	ПНД-250	2
	ПКУ-0,8	2
	ПЭ-0,8Б	1
Косилка	КПВ-3	1
Пресс-подборщик	ПРП-1.6	3
Подборщик	Т-050	1
Разравниватель зеленой массы	Д-492	1
Кормораздатчик	КТУ-10	3
Сцепка	СП-16	1
Сцепка	СГ-21	2
Сцепка	СПН-11	3

1.6 Кадры механизаторов

В настоящее время заметно увеличился отток молодых кадров из сельскохозяйственных предприятий в другие отрасли промышленности. Это обусловлено кризисным состоянием экономики страны, низкой оплатой труда

Поэтому многие хозяйства, в том числе и ООО УПХ «Брюховецкое» испытывают нехватку кадров. Управление бригадой осуществляет бригадир. Подразделение обеспечено кадрами на 80... 85%.

Таблица 1.6. Кадры бригады №1

Должность	Количество человек
Механизаторов-трактористов	31
Бухгалтер	1
Механик	1
Слесарь	3
Повар	2
Электросварщик	1
Полевод	7
Сторож	4

Специалистов с высшим образованием - четыре человека, со средним специальным образованием - семь человек, остальные имеют среднее образование.

Средний возраст механизаторов около 45 лет, стаж работы - от 5 до 40 лет. Сведения по данному вопросу приведены в таблице 1.6

Таблица 1.6 Кадры механизаторов бригады

Образование	Количество
высшее	4
средне специальное	7
среднее	39

Руководящие кадры бригады: бригадир, механик, и агроном.

Использование техники в хозяйстве организовано по поточно-цикловому методу, наиболее совершенной форме выполнения механизированных процессов. Этот метод предполагает разделение производственного процесса на отдельные работы и обеспечение их рабочими и техникой.

В бригаде планово-предупредительная система ТО и ремонта тракторов осуществляется силами самого хозяйства.

Материально-техническая база ТО и ремонта тракторов в бригаде состоит из стационарного поста ТО, состоящего из: ямы смотровой, кран балки, мойки, кузни, поста сварщика и поста токаря.

Планирование и контроль ТО и ремонта тракторов осуществляет механик бригады. В начале года он составляет график ремонта тракторов, и планирует на какие, месяцы их осуществлять.

Периодичность ТО и ремонта тракторов в бригаде устанавливается в литрах расходуемого топлива, с помощью учетных книг, заведенных на каждый трактор. Учет расхода топлива каждого трактора ведет заправщик. ТО-1 и ТО-2 тракторист выполняет в бригаде сам при помощи слесарей, а ТО-3 выполняет в МТМ хозяйства, там же выполняется и КР тракторов и автомобилей.

В бригаде хранение техники организуется следующим образом: сложная техника (комбайны и некоторые трактора) хранятся под навесом на специальных площадках, а также в закрытых помещениях, более простая техника хранится на открытых площадках, при этом с них снимаются детали, подлежащие консервации. Ходовая часть разгружается, давление в шинах снижается на 30%, гибкие шланги гидросистемы обматывается промасленной бумагой.

При постановке машин на хранение и снятие ведется следующая документация: акт постановки машины на хранение, журнал проверок технического состояния машины в период хранения, инвентарная карта машины.

1.8 Показатели использования тракторов

Показатели использования основных марок тракторов в бригаде и парка в целом представлены в таблицах 1.7, 1.8.

Таблица 1.7. Использование тракторов по маркам

	МТЗ-80	Т-150
Кол-во тракторов: физических	12,8	2 6,6
Наработка трактора, у.га: годовая дневная	1392,5 4,9 5,8	1151 11,5 17,8
Коэффициент сменности	1,2	1,5
Уд. расход топлива на 1 у.га, кг	14,5	11,6
Коэффициент использования	0,5	0,34
Коэффициент технической готовности	0,98	0,99

Показатели использования тракторного парка приведены в таблице 1.8.

Таблица 1.8. Показатели использования тракторного парка

Показатель	Значения показателя
1. Количество тракторов: физических	9 10,0
2. Наработка условного трактора, у.га: за год за смену за день	1137,2 7 7,07
3. Коэффициент сменности	1,01
4. Коэффициент использования	0,32
5. Коэффициент готовности	0,92
6. Расход топлива, кг/у.га	11,7
7. Плотность механизированных работ, у.га/га	6,3
8. Площадь пашни, приходящаяся на один условный трактор, га	179,4
9. Энерговооруженность труда механизатора, кВт/чел	32,8

Анализируя таблицы 1.7 и 1.8, видим, что в бригаде имеется три марки тракторов. Это не очень целесообразно, поскольку затруднено проведение технических обслуживании и ремонтов. Сельскохозяйственной техникой бригада обеспечено удовлетворительно. Показатели использования тракторов в бригаде также удовлетворительные.

1.9 Цели и задачи дипломного проектирования

Целью дипломного проектирования является механизация уборки кукурузы, заключающейся в разработке уборочной машины, для исключения ручного труда, потерь и сохранения качества выращенной продукции.

Для реализации этой цели поставлены следующие задачи дипломного проектирования:

- изучить физико-механические свойства овощей;

- сделать обзор существующих способов и средств механизации уборки кукурузы;

- определить основные конструкционные параметры;

- разработать операционную технологию;

- рассмотреть вопросы БЖД и сделать экономический расчет.

2. ОБЗОР КОНСТРУКЦИИ КУКУРУЗОУБОРОЧНЫХ МАШИН ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ ПРОЕКТА

2.1 Обзор конструкции кукурузоуборочных машин

В зависимости от хозяйственного использования кукурузы убирают на зелёный корм, в стадии молочно-восковой и восковой спелости - на силос с совместным измельчением или отделением початков с последующим измельчением или отделением початков. Спелую кукурузу убирают в початках или с обмолотом зерна.

В настоящие время широко распространены два способа уборки кукурузы на зерно. При первом - убирают только зерновую часть урожая в початках или с обмолотом, а стебли оставляют на поле для последующего измельчения и запахивания. Этот способ распространён в западных странах. При втором способе убирают одновременно весь биологический урожай кукурузы: зерновую часть - в початках или с обмолотом, не зерновую часть со среднем срезом и измельчением для силосования и использования на корм скоту. Этот способ распространён в России и странах СНГ.

Для нового первого способа уборки используют собиратели-очистители початков (пикер-хескеры) или собиратели-обмолачиватели початков (пикер-хескеры шеллеры). Стебли при этом способе срезаются, измельчаются и разбрасываются по полю для запахивания, другими машинами. Технологический процесс уборки зерновой части урожая состоит из трёх основных частей:

- отделение початков от стеблей;

- очистка початков от обёрток или обмолот зерна;

- сбор очищенных початков или обмолоченного зерна в транспортное средства или бункеры.

- сбор початков;

- отделение початков от стеблей;

- очистка початков от оберток или обмолот початков;

- измельчение стеблей;

- сбор початков или обмолоченного зерна в транспортное средства или бункеры и сбор измельчённой лиственной массы или разбрасывания её по поверхности поля.

Машины применяемые для уборки только зерновой части урожая, более просты по устройству, маневренны и производительны, чем машины предназначены для уборки всего биологического урожая, значительно менее энергоёмки, так как на срезание и измельчение стеблей затрачивается около 40% потребляемой машиной мощности, хотя и в этом способе довольно много преимуществ. Кукурузоуборочные машины применяют в сочетании с другими сельскохозяйственными машинами обеспечивающими выполнение всех технологических операций. Совокупность этих машин, приводимых в движении от одного источника энергии, принято считать кукурузоуборочным агрегатом. Поскольку сама по себе кукурузоуборочная машина не может выполнять заданного рабочего процесса, её техническое совершенство и эффективность должны рассматриваться и оцениваться в составе всего кукурузоуборочного агрегата, принимаемого в качестве всего единого агрегата.

При уборке кукурузы с обмолотом початков растения срезают, обмолачивают початки и измельчают стебли комбайном «Херсонец-200» КСКУ-6 или зерноуборочными комбайнами, оборудованными специализированными приставками для уборки кукурузы. Зерно сушат на стационарных зерноочистительно-сушильных комплексах КЗС-25 или КЗС-40. Убирать кукурузу с одновременным обмолотом рекомендуется: если влажность зерна не более 32%.

Создание специализированных комбайнов для уборки початков с их обмолотом, срезом и измельчением листостебельной массы и последующим распределением её по поверхности поля обусловлено тем, что у специализированных кукурузоуборочных комбайнов очень высокая стоимость, узкая специализация, незначительный сезон использования при наличии мощного двигателя, и как следствие высокие эксплуатационные затраты и амортизационные издержки.

Уборка кукурузы зерноуборочными комбайнами со специализированными приставками экономически более целесообразна, но применение этого способа ограничивается повышенной влажностью початков в период уборки в ряде зон страны. Однако в условиях Краснодарского и Ставропольского Краёв, Украины, Молдовы целесообразно использовать именно этот способ.

В настоящее время отечественной промышленностью начато испытание специализированной кукурузоуборочной приставки ПКП-4 совместно с комбайном «ДОН-091» и ПКП-8 совместно с комбайном «ДОН-1500», КММ-6 к комбайну «ДОН-1200», приставка ППК-4 к зерноуборочным комбайном СК-5»Нива».

Приставки КМД-6 и КММ-6 предназначены для уборки шести рядков кукурузы с междурядьем 70 см. Конструкция моделей одинакова, различаются они только шириной съёмных головок наклонной камеры и расположением приводных элементов промежуточных и конструктивных валов. Устройство основных узлов этих приставок аналогично соответствующим узлам приставки ППК-4. Отличительными элементами являются увеличенная ширина захвата и направление трубы измельчения, то есть выгрузка зерна и заполнение транспортного средства измельчённой листостебельной массой осуществляется с одной стороны.

Приставка ГШК-4 леворежущая, предназначена для уборки кукурузы с обмолотом початков, со срезом, измельчением и сбором неизерновой части. Она представляет собой ручьевую четырёхрядную несеметричную жатку оборудованную початкоотделяющим аппаратом, шнеком початков, наклонной камерой, режущим аппаратом, шнеком стеблей, измельчителем с выгрузной трубой.



Рисунок 2.1 - Кукурузоуборочный комбайн

Производственное объединение «Херсонецкий комбайновый завод» внедряет в производство изобретения относящиеся к культуроуборочному машиностроению. Цель изобретения повышение надёжности работы и экономичности. Кукурузоуборочный комбайн содержит последовательно установленный режущий аппарат 2 рисунок 2.1., битеры 3 и 4, шнек и расположенный над ними початкоотделяющий аппарат 6. Битер 4 имеет большой диаметр, чем битер 3. Ось вращения битера 3 расположена ниже плоскости резания режущего аппарата 2. Рифу битера 4 имеют криволинейную поверхность и расположены над углом с радиальной плоскости битера. Тем самым обеспечивается меньшая активность битера 4. Выполнение битером 3 и 4 разного диаметра позволяет не сужать по высоте зазоры между вальцами початкоотделяющего аппарата и битерами. Тем самым обеспечивается свободное движение листостебельной массы.

Рисунок 2.2 - Срезающе-измельчающий аппарат

Украинским НИИ сельского хозяйства разработано изобретение относящиеся к сельскохозяйственному машиностроению. Цель изобретения -расширение эксплуатационных возможностей и повышению производительности машины. Кукурузоуборочная машина содержит срезающее- измельчающий аппарат 6 рисунок 2.2. соединённый пневмошвырялковой трубой 3 со шнеком стеблей 9. Труба 3 на выходе снабжена вертикальной перегородкой 5, имеющей в продольном сечении форму клина с вершиной, направленной в сторону противоположенную направлению движению машины. Перегородка 5 образует вместе соединение со шнеком 4 каналы 5 при трёх рядах исполнения машины: один канал - на один рядок растений, а другой - на два. Каналы 6 расположены между руслами жатки при четырёх рядном выполнении машины: два канала на два рядка растений. Такое выполнение трубы 3 позволяет осуществлять отвод срезанных и измельчённых растений не только для специальных комбайнов, но и для широкозахватных приставок и собирателей початков.

Кукурузный початкособиратель с измельчителями ФРГ содержит несколько расположенных попарно рядом обрывочных вальцов. Каждой паре вальцов придан измельчитель стеблей. Измельчители расположены на общем валу рисунок 2.3, привода во вращении и закрыты выше вала не подвижным кожухом.

Рисунок 2.3. Измельчитель стеблей початкособирающей машины

Початкособиратель отличается тем, что для каждого измельчения- 16, предусмотрен отдельный поворачиваемый направляющий щиток 17, фиксируемый в различных повёрнутых положениях и соединённый с неподвижным кожухом 11.

Кукурузоуборочный комбайн производства Великобритании содержит початкообрыватель, под которым размещён режущий аппарат. Режущий аппарат состоит из двух барабанов, вращающихся вокруг вертикальной осей, и несущих ножей 7 в нижней части рисунок 2.4. ножи могут быть смонтированы жёстко или подвешены к барабанам свободно. На поверхности барабанов размещены ножи 8 для измельчения стеблей кукурузы. Ножи укреплены жёстко или свободно на шарнирах. Барабаны вращаются в противоположную сторону друг от друга и подают массу в комбайн.

Рисунок 2.4 - Режущий аппарат с несущими ножами

В варианте исполнения два барабана заменены одним, ниже которого взаимодействуют с жёстко закреплёнными ножами на неподвижной пластине. В обоих вариантах барабаны поддерживаются над поверхностью поля на опорных башмаках 9, которые можно регулировать по вертикали. При работе машина движется вдоль растений. Цепи 3 захватывают стебли и проводят их к обрабатывающим валкам 2, зубья 5 которых обламывают стебель ниже початков. Одновременно стебли скашиваются ножами 7 и измельчаются ножами 8. Для улучшения дробления стеблей концы ножей имеют перекрытие.

Для работы с кукурузоуборочной приставкой молотилку зерноуборочного комбайна подвергают несложному переоборудованию для осуществления обмолота початков кукурузы. Приспособление к зерноуборочным комбайнам позволяют убирать початки со стеблями или только початки. Такие приспособления также выпускают фирмы «Хесетен», «НьюАйдие», «Алис-Чамере» (производство США). Приспособления к зерноуборочным комбайнам позволяет убирать початки со стеблями или только початки. Такие приспособления к зерноуборочным комбайнам «Сенатор» выпускает фирма «Класс» (производство Германия). Отличительной способностью процесса, как и в данном дипломном проекте, данных агрегатов является то, что измельчённая листостебельная масса не собирается, а разбрасывается по поверхности поля в дальнейшем запахивается.

Таким образом, можно утверждать, что при уборке кукурузы на зерно предпочтение отдаётся зерноуборочным комбайнам, оборудованными специальными приставками. В дальнейшем можно ожидать появления универсальных самоходных комбайнов с регулировками и набором приспособлений, позволяющих убирать зерновые, колосовые, бобовые культуры, кукурузу, подсолнечник, рис, сою, семенники трав и многие другие культуры.

2.2 Обоснование темы дипломного проекта

При влажности зерна до 30% уборку кукурузы на зерно экономически целесообразно проводить комбайном ДОН-1500 с приставкой КМД-6 или комбайном СК-5 «Нива» с приставкой ППК-4.

Однако данные агрегаты обладают рядом недостатков к одним из наиболее существенных можно отнести усложнённость конструкции, её большую металлоемкость, низкую собираемость листостебельной массы, что приводит к дальнейшим затруднением при послеуборочной обработке почвы. В настоящее время при значительных экологических затруднениях животноводство в хозяйстве является убыточной отраслью, вследствие чего за последние годы в хозяйстве значительно уменьшилась поголовье КРС. В растениеводстве также сокращены посевные площади под зерновые, технические культуры, большое количество площадей стало отводиться под луга и пастбища. Увеличился обьем заготовок сена и сенажа, Вследствие выше сказанного можно Сделать вывод, что разновидность такого сочного корма как силос, т.е. его потребность, за последние годы резко снизилась.

Исходя из задач упрощения конструкции кукурузоуборочной приставки, снижение её металлоемкости, повышение надёжности, качества уборки, увеличения срока службы, снижение эксплуатационных затрат в данном проекте предлагается объединить режущий и измельчающий аппараты в один режуще-измельчающий аппарат листостебельной массы. Данной совмещение-сулит ряд преимуществ:

- снижается металлоемкость приспособления;

- листостебельная масса и сорная растительность измельчается и равномерно распределяется по поверхности поля, что в дальнейшем облегчается дальнейшая обработка почвы, а измельчённая листостебельная масса после вспашки послужит органическим удобрением, что в свою очередь положительно скажется на повышении урожайности последующих сельскохозяйственных культур, уменьшение затрат на приобретение високостоимостных минеральных удобрений.

При уборке на зерно влажность листостебельной массы кукурузы относительно низкая, что так же не способствует её сбору для силосования, а в случае сбора и силосования приведёт к дополнительным затратам таким, как полив водой, смешивания с листостебельной массой других более влагонасыщенных культур, кормовая ценность также значительно уменьшится.

Прототипом проектируемой приставки является кукурузный початкособиратель с измельчителем ФРГ, публикация 86.10.30 номер 44.

Заявка №3515295.

Початкособиратель содержит несколько попарно расположенных рядом обрывочных вальцов. Каждой паре вальцов придан измельчитель стеблей. Измельчители расположены на общем валу, приводимом во вращение, и закрыты с верху вала неподвижным кожухом.

Применение предлагаемого режуще, измельчающего аппарата позволяет увеличить производительность комбайна, снизить потери зерна в процессе уборки, улучшить условие работы при последующей обработке почвы, повысить надежность приспособления, упростить конструкцию к уменьшению металлоемкости, по сравнению с другими приставками к зерноуборочным комбайнам.

2.3 Физико-механические свойства частей растения кукурузы

Сопротивление резанию у стеблей зависит от стадии спелости растения, диаметра стебля, высоты и места среза по узлу или междоузлию. Среднее усилие резания одного стебля кукурузы диаметром 30 мм на высоте 10 мм от поверхности почвы колеблется в широких пределах - от 220 до 600Н.

Удельная работа резания А_р находится в прямой зависимости от диаметра стебля d. Основная доля работы, необходимая для перерезания древесной оболочки стебля, в сравнении со всем его сечением незначительно, хотя сердцевина составляет 65-75% площади всего сечения стебля.

Усилие резания плодоножки также зависит от её диаметра и стадии спелости. В связи с меньшей степенью одревеснения тканей, удельная работа резания плодоножки в два раза меньше работы резания стебля. Сопротивление разрыву частей растения кукурузы в зависимости от её состояния колеблется в больших пределах достигая больших значений. Так максимальное сопротивление разрыву спелого стебля достигает 5,91кН. Минимальное усилие для стеблевой части сухого стебля составляет 1,84кН, для средней части зелёного стебля - 1,15кН.

Среднее значение сопротивления стеблей разрыву по данным ВИСХОМА приведены в таблице 2.1. усилие разрыва у плодоножки, как правило, меньше, чем у стебля однако такое соотношение у здоровых растений.

При поражении стебля личинками мотылька, его сопротивление разрыву может оказаться меньше, чем у плодоножки. Усилие у места разрыва плодоножек при статических нагрузках приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.1.Среднее значение сопротивления стеблей разрыву

Спелость стеблей	Влажность %	Комель	Середина	Вершина
		Диаметр, мм	Усилие разрыва, кН	Разрушающие напряжение в стебле, МПа	Диаметр, мм	Усилие разрыва, кН	Разрушающие напряжение в стебле, МПа	Диаметр, мм	Усилие разрыва, кН	Разрушающие напряжение в стебле, МПа
Зелёный	61,4	23	3,64	11,2	15,8	2,23	11,1	9,3	0,84	12,3
Сухой	25,4	29,1	4,13	6,5	20,6	2,82	8,9	12,4	1,28	10,2

Таблица 2.2. Усилие и место разрыва плодоножек при статических нагрузках

Место отрыва или разрыва плодоножки	Влажность плодоножки, %	Средний Диаметр плодоножки, мм	Среднее разрывное усилие, кН	Разрушающее напряжение плодоножки, МПа
Отрыв плодоножки от стебля	36	13,3	0,72	5,21
Разрыв плодоножки	36	13,7	0,786	5,29
Отрыв плодоножки от початка	36	13	0,357	2,8

Максимальной эффективности проектируемой кукурузоуборочной машины возможно достичь только при жёсткой увязке её технико-эксплуатационных параметров с реальными условиями эксплуатации и при оптимальном структурном построении уборочного агрегата:

- направление грузопотоков продуктов уборки;

- способе их сбора;

- разгрузке.

3. ОПИСАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОЙ КОНСТРУКЦИИ ПОЧАТКОСОБИРАЮЩЕЙ ЖАТКИ СО СОВМЕЩЕННЫМ АППАРАТОМ ДЛЯ СРЕЗА И ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ЛИСТОСТЕБЕЛЬНОЙ МАССЫ

Приспособление состоит из початкособирающей жатки наклонной камеры, которое навешиваются на комбайн вместо ходера, комплекта дополнительного оборудования молотилки для уборки кукурузы и их индивидуального комплекта запасных частей, инструментов и принадлежностей.

Дополнительное оборудование молотилки в составе приспособления ПКП-4 включает комплект сменных частей для переоборудования привода наклонной камеры, съемный поднос передней секции молотилки, опору с дополнительным гидроцилиндром жатки, приспособлением для уборки кукурузы ПДК-10А, приспособление и цепной привод. Приспособление агрегатируется и работает с комбайном по принятой технологии уборки кукурузы с помощью вышеуказанных приспособлений.

Режуще-измельчающий аппарат предназначен для среза и измельчения стеблей кукурузы. Он состоит из 4-х секций, каждая из которых содержит ножевой вал, кожух и представляет собой ножевой трубчатый вал, на котором закреплены наборы У-образных ножей, смежные наборы ножей по 4 штуки взаимно смещены на 90°. Каждый вал режущего аппарата опирается на две подшипниковые опоры. Привод двух секций (левой, правой) соединенных цепной муфтой осуществляется клиноременной передачей через шкив. Ножевой вал режущего аппарата перед установкой на подшипники сбалансируется динамически. Разность масс парных ножей, закреплённых в одной паре ушек, не должен превышать 5 грамм, противоположных пар - 10 грамм. Допускается подгонка ножей по массе путем их абразивной заточки.

При вращении У-образных ножей стебли срезаются, захватываются под кожух и измельчаются.

Замену ножей в процессе эксплуатации производят наборами по 4 штуки, подбирая их одной группы по их массе.

Початкособирающая жатка предназначена для отделения початков от стеблей кукурузы, сбора и подачи их в наклонную камеру. При этом стебли растений и сорная растительность в междурядьях скашивается, измельчается и распределяется по поверхности поля. Жатка состоит:

1) рамы;

2) режуще-измельчающего аппарата;

3) шнека початков;

4) облицовки жатвенной части;

5) приводов жатвенной части.

Для нагрузки жатка оснащена двумя траверсами, которые установлены на рамах русел, и двумя жёстко соединенными с рамой скобами.

Устройство русла: русло (початко-отделяющий аппарат) является одним из основных рабочих органов приспособления и служит для отделения початков от стеблей и подачи их в шнек початков. Русло состоит из:

1) двух наклонно расположенных вальцов;

2) двух отрывочных пластин, установленных под вальцами;

3) двух контуров подающей цепи;

4) раздаточной коробки, смонтированной на раме.

Вдоль каждого вальца закреплён чистик с зазором по отношению к рифам вальца. Передней частью валик опирается на спаренные подшипники передней опоры. Задний конец вальца через втулку с пазом поводком соединяется с валом-шестернёй раздаточной коробки, обеспечивая шарнирность соединения. Изменение расстояния между вальцами осуществляется перемещением винтовой оси вилки с помощью гаек.

Отрывочная пластина представляет собой металлическую полосу с плавно отогнутой рабочей кромкой. Конструкция крепления пластин позволяет перемещать их в поперечном направлении, обеспечивая необходимую ширину рабочей щели между пластинами.

Подающая цепь представляет собой вытянутую вдоль русла роликовую цепь со специальными лапками. Рабочая часть цепи движется вдоль полозков, которые крепятся к кронштейнам. Подающие цепи смещены одна относительно другой на 0,5 шага специальных лапок. Привод цепей осуществляется от раздаточной коробки, на вертикальных валах которой закреплены ведущие звёздочки. Ведомые звёздочки русла находятся под постоянным воздействием натягивающих пружин. Этим обеспечивается постоянство натяжения подающих цепей при вытяжке.

Раздаточная коробка крепится на раме русла и предназначена для привода вальцов и движения подающих цепей. Набор её деталей в корпусе с жидкой смазкой представляет собой специальный угловой редуктор.

Шнек початков от русел в среднею часть початка собирающей жатки. Он состоит сварной трубы, на которой приварены винтовые ленты правой и левой навивки для транспортирования и подачи початков в наклонную камеру. На краях трубы закреплены валы, через которые шнек установлен и вращается в корпусах шарикоподшипников на раме початкособирающей жатки.

Облицовка жатвенной части служит для направления рядков стеблей с початками, отдельных початков в русла, а также защиты механизмов русел и приводов от засорения растительной массой. В облицовку жатвенной части входят боковое облицовки, капоты, мысы и откидные ограждения приводов. Капоты установлены в промежутках между руслами и закреплены в петлях на кожухе шнека. Для удобства обслуживания усел -капоты на петлях откидываются назад к шнеку початков, поднимаясь вверх. Мысы установлены впереди капотов и предназначены для подъёма полёглых стеблей и пониклых початков, а так же ввода их в русло.

Приводы жатвенной части представляют собой совокупность ремённых и цепных передач, приводных валов, муфты соединительных и предохранительных, редукторов, карданных валов, передающих вращение и мощность от раздаточного вала наклонный камеры приспособление к рабочим органам жатки.

Наклонная камера предназначена для навески, управления и привода жатки, подачи початков на обмолот в молотилку. Она состоит из штампо-сварочного корпуса коробчатой формы, в котором на подшипниковых опорах установлены подающие битеры с эластичными (резинотканевыми) лопастями. В верхней части корпуса установлен контприводной вал битер, который обеспечивает привод и навеску наклонной камеры, а от последнего клиноремённой передачей приводится раздаточный вал, который установлен в нижней части корпуса. Транспортирование початков от шнека жатки в молотилку выполняется вращением лопастей битеров.

Схема технологического процесса уборки кукурузы на зерно комбайном ДОН-091 с кукурузоуборочной приставкой ПКП-4 представлена на листе НФМХ 000000811 .

Работает данное приспособление с комбайном в следующем порядке: агрегат с опущенной в рабочие положение початкособирающей жаткой движется по рядкам растений кукурузы так, чтобы мысы жатки направлялись примерно по середине междурядий. Стебли с початками, разделяемые мысами и капотами, подают в русла. Вращаясь на встречу друг другу, вальцы захватывают и протягивают стебли между отрывочными пластинами. Последние отрывают початки от стеблей и транспортируются подающими цепями с лапками русел в шнек початков, а затем битерами наклонной камеры молотильный аппарат комбайна.

Стебли кукурузы скашиваются, измельчаются и разбрасываются на поле режуще-измельчающим аппаратом жатки. Стержни и обертки початков собираются в кузов сменного прицепа. Урожай початков после сепарации и по мере его заполнения выгружается в транспортное средство.

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ИЗМЕЛЬЧАЮЩЕГО АППАРАТА

4.1 Определение частоты вращения вала измельчителя

Проектируемый измельчитель относится к роторным измельчителем с шарнирно-подшипниковыми режущими ножами. Одной из основных особенностей таких аппаратов является использование в них при срезании стеблистой инерционного подпора. Шарнирная подвеска предохраняет вал от поломки при встречи его ножей с инородными портретами.

Аналитические зависимости для определения скорости резания с инерционным подпором разработаны в основном применительно к тонкостебельным и травянистым культурам и малопригодным культурам и малопригодным для анализа резания стеблей кукурузы [1].

Вместе с тем практика показывает, устойчивый процесс резания тонкостебельных культур проходит при скорости не ниже 20...25 м/с [2]. Верхний интервал для современных машин как правило не превышает 50 м/с.

Анализ конструкции приспособления ПКП - 4 показывает, что наиболее удобен привод вала измельчающего аппарата от выходного вала цилиндрического редуктора, вращающегося с частотой п_р=2320 мин-¹ [3].

Для обеспечения минимальных габаритов принимаем клиноремённую передачу с передаточным отношением i=l. Радиус окружности лезвий ножей составляет 0,175м. скорость резания в этом случае пойдём по выражению [2]:

V_p=R_pw + V_k , (4.1.)

где V_p - скорость резания, м/с;

R_p- радиус резания, м;

w - угловая скорость вала измельчителя, с-¹;

V_p - линейная скорость, м/с.

где - частота вращения, мин-¹.

Откуда:

Согласно рекомендации [3] принимаем или V_K= 1,75м/с, У_р=6,3км/ч. Следовательно,

V_p = 0,175 * 242,8 + 1,75 = 44,2 ^м/_с

Расчётная величина скорости попадает в интервал рекомендуемых скоростей. Таким образом принимаем V_p=44,2 м/с при частоте вращения вала измельчителя n₁=2320 мин-¹ и скорости комбайна V_K =6,3 км/ч.

4.2 Расчёт пропускной способности измельчающего аппарата

В этом подразделе определим пропускную способность измельчителя по заданным условиям уборки кукурузы и сравним её с теоретически возможной пропускной способностью проектируемого аппарата.

Условие уборки:

- урожайность зерна кукурузы в початках - 55 ц/га;

- урожайность листостебельной массы - 80 ц/га;

- рабочая скорость движения комбайна V_p= 1,75 м/с. Ширина захвата приспособления ПКП - 4 2,8 м. Пропускная способность определяется по выражению [2]:

Ч = B_pV_pQ_MlQ-² , (4.3.)

где q - требуемая пропускная способность измельчителя, кг/с;

Вр - рабочая ширина захвата агрегата, м;

V_p - рабочая скорость движения комбайна, м/с;

Q_лм - урожайность листостебельной массы, ц/га.

Подставим имеющиеся данные в выражение и получим:

q = 2.8 * 1.75 * 80 * 10^-2 = 3.92 ^кг/с

Теоретически возможную пропускную способность измельчителя найдем по формуле [4]:

где q_T - теоретическая пропускная способность, кг/с;

F_л - площадь поверхности ножа, мм²;

d_c - средний диаметр стебля (по высоте), мм;

к_н - число ножей по окружности измельчителя в одном русле;

n - частота вращения измельчителя, мин^-1;

z - число русел, с которых масса поступает на измельчитель;

j - удельная масса измельчённой массы, кг/м³.

Согласно технической характеристики имеем: F_л=8300 мм²; к_н=4 шт.; n=2300 мин^-1; z=4. Из литературных источников принимаем d_c=31 мм и j=42кг/M³ [4].

Подставим имеющиеся данные в выражение (4.4):

Таким образом, проектируемый измельчитель имеет достаточный запас по пропускной способности.

4.3 Расчёт мощности, потребной на привод измельчающего аппарата

Мощность на привод измельчителя складывается из следующих составляющих [5]

р = р_тр + _Рр + р_трм + р_м , (4.5.)

где Р - мощность на привод измельчителя, кВт;

Р_тр - мощность на преодоление сил трения в подшипниках и трения боковых поверхностей о воздух, мощность холостого хода, кВт;

Р_р - мощность на резание листостебельной массы, кВт;

Р_Трм - мощность на преодоление трения измельчённой массы о стенки кожуха, кВт;

Р_м - мощность на сообщение кинематической энергии частицам измельчённой листостебельной массы, кВт.

где R - сумма реакций опор вала измельчителя, Н;

f_n - коэффициент трения в подшипниках вала;

- радиус цапф вала, м;

х -- удельный момент трения боковых поверхностей о воздух, Н м/м ;

- площадь боковых поверхностей всех вращающихся деталей измельчителя, м²;

n - частота вращения измельчителя, мин^-1.

Так как величина R, и можно определить только после завершения проектирования и разработки рабочих чертежей на все детали измельчителя, то величину Р_тр примем по литературным данным [5] Р_тр=1,7кВт.

Мощность резания листостебельной массы определим по выражению [1] где F_p - сила резания, Н;

V_p - скорость резания, м/с;

Z - число русел.

Величина F_p для принятого ранее среднего диаметра стеблей d_с=31мм составляет 22,5 Н [5]. Подставим имеющиеся данные в выражение (4.7):

Р_р = 22,5 * 44,2 * 4 * 10^-3 = 3,98кВт

Мощность Р_трм рассчитываем по формуле [5]:

Р_трм = 1,1 * 10^-5

где q_тр - производительность измельчителя, кг/с;

-угол перемещения массы по стенкам кожуха, рад;

R_K - радиус кожуха, м;

F - коэффициент трения о стенки кожуха;

k - коэффициент, утрачивающий деформацию измельчённой массы при её перемещении по кожуху.

Принимаем f=0,15 ик = 0,1 [5]. Радиус кожуха R_k = 0,265м и =0,7рад смотреть лист графической части настоящего проекта. Подставив данные в формулу (4.8) получим:

Р_трм = 1,1 * 10^-5 * 3,92 * 0,7 * 2320² * 0,265²(0,15 + 0,1) = 2,9 кВт

Величину мощности Р_м определим по выражению [5]:

Р_м = 5,37 * 10-⁶q_rpn²R_p , (4.9.)

где R_p - радиус резания, м.

Подставим имеющиеся данные в формулу:

Р_м = 5,37 * 10^-6 * 3,92 * 2320²0,175² = 3,5 кВт

Таким образом, суммарная мощность на привод измельчителя, по формуле (4.5) составим:

р = 1,7 + 3,98 + 2,9 + 3,5 = 12,08 кВт

Суммарный момент сил сопротивления измельчающего аппарата определим по формуле [6]:

М_с=, (4.10)

где М_с - момент сил сопротивления, Нм;

w - угловая скорость измельчителя, с .

Откуда:

.

Для дальнейших расчётов принимаем, что все силы, создающие момент сопротивления приложены к окружности лезвий резцов и равномерно распределены по образующей рисунок 4.1. Следовательно, удельная сила сопротивлении в этом случае определится из соотношения:

где F_суд - удельная сила сопротивления, Н/м;

М_с - момент сил сопротивления, Нм;

R_p - радиус резания, м;

В_р - ширина захвата измельчителя, м.

Отсюда:

Рисунок 4.1. Схема к расчету сил сопротивления

5. ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЁТ ДЕТАЛЕЙ ИЗМЕЛЬЧАЮЩЕГО АППАРАТА

5.1 Расчёт вала измельчающего аппарата

Ранее нами установлено, что привод вала осуществляется клиноременной передачей со следующими параметрами:

- передаточное число i=l;

- частота вращения валов n₁= n₂ = 2320 мин^-1 или w₁⁼w₂-242,8 с^-1. Уточним другие параметры. Так как измельчающий аппарат состоит из двух частей, то расчёт будем вести для одного вала (левого по ходу движения), так как для второго вала расчёт абсолютно аналогичен. Мощность на привод одного вала составит:

Pi=0,5P, (5.1.)

Р₁ = 0,5-12,08 = 6,04 кВт

Соответственно и момент сил сопротивления составит:

М_с1=0_;5 М_с, (5.2.)

М_с1 = 0,5-49,8 = 24_;9Нм

Исходя из требований минимизации габаритов передачи принимаем диаметры шкивов di=d₂⁼ 224 мм [7]. Выбираем ремень 2/УВ-2240. Число ремней два, так как один ремень может передавать мощность не более 3,5 кВт при частоте вращения п=2000мин^-1 [7].

Определим усилие, действующее на вал измельчителя со стороны клиноременной передачи [8] по формуле:



где F_b - усилие, действующие на вал, Н;

₀ - начальное напряжение ремня, МПа;

А - площадь поперечного сечения ремня, мм²;

z - число ремней;

di - угол обхвата ведомого шкива, град.

Для привода вала измельчителя принят клиновой ремень 2/УВ-2240.

Параметры передачи (рисунок 5.1.):

= 1,4 МПа; А-

278 мм²; z = 2 [4];

di - 145°.

F_b = 2- 1,4-278^.2 sin= 1485 Н.

Угол отклонения Q усилия F_b от линии, соединяющей центры шкивов

рассчитывается по формуле [8]:

tg Q,(5.4)

где Q - угол отклонения усилия F_b, град;

F_t - окружная сила, Н;

Yi - угол между ветвями ремня, град.

Окружную силу найдём по формуле:

(5.5)

где Р - передаваемая мощность, кВт;

V - линейная скорость ремня, м/с.

Линейная скорость ремня определяется по формуле:

(5.6)

Откуда:

Следовательно:

Рисунок 5.1. Схема сил, действующих на клиноремённую передачу

Подставим полученные результаты в формулу (5.4). Получим:

Таким образом Q=9°30'.

Угол наклона силы F_b по отношению к горизонтальной оси ОХ определим из геометрических построений см. рисунок 5.1.

(5.7)

Для дальнейших расчётов разложим силу F_b на две составляющие: горизонтальную и вертикальную .

, (5.9)

(5.8)

Следовательно:

= 1485 cos 32°30 = 1252 H;

= 1485 sin 30°30 = 789 H.

Расчётная схема вала измельчителя представлена на рисунке 5.2.

Вал измельчителя, представленный на расчётной схеме относится к числу статически неопределимых систем. Для определения опорных реакций з подшипниках будем рассматривать вал как многопролётную неразделённую балку. Рассматриваемая балка опирается на четыре шарнирных опоры. А так сак условий равновесий можно составить только два, то такая система два раза статически неопределима. Для её решения воспользуемся так называемым фовнем трёх моментов [6].

Построим основную систему постановкой шарниров в сечениях под юеми промежутками опорами (см. рисунок 5.2). лишними не. известными в >том случае будет изгибающие моменты в опорных сечениях балки.

Рисунок 5.2. Расчетная схема вала и эпюры внутренних усилий в горизонтальной плоскости

При таком выборе основной системы действие заданной нагрузки распространяется только на тот случай у пролёта, где она приложена: влияние её на другие пролёты выражается опорными изгибающими моментами. Для балки постоянного поперечного сечения уравнение трёх моментов имеет вид [6]:

М_п_,1_п + 2М_п(1_п + 1_п+1) + М_п+11_п+1 = -6 (5.10)

где n - порядковый номер пролёта основной системы;

М - изгибающий опорный момент соответствующей опоры, Нм;

1 - длина соответствующего пролёта, м;

-- площадь эпюры от заданной нагрузки на соответствующем пролёте, м²;

а - расстояние от центра тяжести эпюры до левой опоры пролёта, м;

b - расстояние от центра тяжести эпюры до правой опоры пролёта, м.

Составим уравнение трёх моментов для двух промежуточных опор (n=1 и n =2).

Подставляя в уравнение (5.10) п =1 имеем:

М₀1₁ + 2М₁(1₁ + 1₁) + М₂1₂ = -6

Поскольку правая левая опора шарнирная и не нагружена сосредоточенным моментом, то М_о = 0. Очевидно:

(5.12)

(5.13)

₂ = o.

Таким образом уравнение (5.11) принимает вид:

2,6М_Х + 0,ЗМ₂ = -26,13 . (5.14)

Подставляем в уравнение (5.10) имеем:

М₁,1₂ + 2М₂(1₂ + 1₃) + М₃1₃= -6 (5.14)

Момент на крайней правой опоре равен моменту от нагрузки, приложенный к консоли. Следовательно:

М₃d , (5.16)

М₃ = 1252 * 0,09 = 172,7 Нм,

Очевидно:

₂ = o.

(5.17)

(5.18)

Таким образом, уравнение (5.15) принимает вид:

0,3Mi + 2,6М₂ = -138,8 , (5.18)

Уравнения (5.14) и (5.18) представляют собой систему уравнений:

(5.19)

Из решения системы (5.19) имеем:

M₁=-3,94Нм;

М₂ = -52,93Нм.

Отрицательное значение моментов свидетельствует о том, что в действительности они направлены противоположно указанным на рисунке 5.2.

Далее определим реакции опор каждой простой балки рисунок 5.3 от заданной нагрузки и опорных моментов по выражениям [6]:

(5.20)

(5.21)

где

A_n - реакция левой опоры простой балки п - го пролёта, Н;

В_п - реакция правой опоры простой балки на пролёте, Н;

- реакция левой опоры n-го пролёта только от заданной нагрузки напролёт, Н;

- реакция правой опоры n-го пролёта только от заданной нагрузки на пролёте, Н.

Рисунок 5.3. Схемы простых балочек к расчету опорных реакций

Рисунок 5.4. Расчетная схема вала и эпюра внутренних усилий в вертикальной плоскости

Вычисление реакций и проводим обычным способом: 1-й пролёт:

Откуда:

(5.22)

(5.23)

Откуда:

Подставим полученные данные в систему (5.20) и получим:

2-й пролёт

Откуда:

Откуда:

Рисунок 5.4. Схема к расчету полной реакции промежуточной опоры

Подставим полученные данные в систему (5.20)

Полная реакция промежуточной опоры п находится по выражению [6] (рисунок 5.4)

R_n = В_п + А_п+1, (5.24)

где R_n - полная реакция промежуточной опоры, Н.

Откуда:

= A_i;

= 56,24 Н;

= B₁+A₂;

= 48,36 + 163,3 = 211,66 H ;

= В₂+А₃;

= -163,3 + 0,61 = -162,69 Н ;

⁼ Bз;

= 1357,21 H.

Проверим правильность определения опорных реакций суммированием

всех сил:

Погрешность в допустимых пределах.

Следовательно, реакции опор определены правильно. На основании горизонтальной плоскости (см. рисунок 5.3).

Рассмотрим силы, действующие на вал в плоскости вертикальной рисунок 5.5. здесь к валу приложена только одна сила - проекция силы давления на вал со стороны клиноремённой передачи в вертикальной плоскости =798H. Расчёт выполним аналогично предыдущего:

Полагая, что в уравнении (5.10) n = 1, имеем:

М₀1₁ + 2М₁(1₁ + l₂) + М₂1₂ = -6 (5.24)

Mo = 0; == 0;

Таким образом, уравнение (5.14) примет вид:

М₁1₂ + 2М₂(1₂ + l₃) + М₃1₃ =-6 (5.25)

Полагая, что в (5.10) n = 2, имеем:

== 0;

(5.26)

Откуда:

М₃ = 789 * 0_;09 = 71,8 Нм.

Таким образом, уравнение (5.18) примет вид:

0,ЗМ_х + 2,6М₂ + 71,8 = 0 , (5.27)

Уравнение (5.25) и (5.26) образуют систему:

(5.28)

Из решения системы (5.28) имеем:

M₁=3,21 Нм;

M₂=-27,82 Нм.

Знак «минус» показывает, что момент М₂ направлен в сторону, противоположную показанной на рисунке 5.5.

Опорные реакции простых балок (рисунок 5.6.) определим по системе уравнений (5.20.).

Рисунок 5.6. Схемы простых балочек к расчету опорных реакций.

Для третьего пролета необходимо определить опорные реакции и заданной нагрузки =798 Н.

Откуда:

Откуда:

Таким образом, по выражению (5.20) имеем:

Полные реакции опор найдём по выражению (5.24)

=A₁=3,21 H;

=B₁+A₁;

=-3,21-103,4=-106,61 H;

=B₃+A₃;

=10,3+171,4=274,8 H;

=B₃=-969,42 H.

Проверим правильность определения опорных реакций суммированием всех сил:

Следовательно опорные реакции определены верно. По полученным данным построим эпюру изгибающих моментов (рисунок 5.2) и (рисунок 5.5) построим эпюру суммарного момента М_с (рисунок 5.7), пользуясь следующим выражением:

М_с = (5.29)

где М_с - суммарный изгибающий момент, Нм.

Рисунок 5.7. Расчетная схема вала и эпюры внутренних усилий

На этой же схеме построим эпюру крутящего момента с учетом допущений, сделанных в начале настоящего раздела.

Из схемы на рисунке 5.7. следует, что опасным явлением сечения вала в 4-ой подшипниковой опоре.

Определим приведённый момент для данного сечения по формуле [6]:

(5.30)

где Т - крутящий момент, Нм.

М_пр =

В первом приближении оценим диаметр вала из расчёта только на кручение при пониженных допускаемых напряжениях [9]:

(5.31)

где - условное допустимое напряжение при кручении, МПа.

Принимаем =12 МПа [9].

Тогда имеем:

Принимаем d= 40 мм исходя из конструктивных соображений.

Произведём компоновку вала графической части проекта. В местах посадки подшипников принимаем сплошной вал d = 40 мм из стали 45. Между подшипниковыми опорами вал выполнен полым из трубы с наружным диаметром 73 мм с толщиной стенок 8 мм.

Для стали 45 имеем: = 560 МПа; =150 МПа; [] = 250 МПа; [] = 150 М Па; =0,1 и =0,05.

Такая конструкция вала принята по технологическим соображениям из условий монтажа рабочих органов и обеспечения необходимой жёсткости вала.

Так как вал составной, то расчёт будет вестись как для сплошного вала ё=4 0мм, так и для трубы d= 73 мм S =6 мм. Расчётные величины М_с=133 Нм и Т = 42,1 Нм для сплошного вала. Для полого вала М_с = 113 Нм и Т= 39,7 Нм.

Условие прочности на изгиб для вала сплошного сечения имеет вид [6]:

где о - расчётное напряжение изгиба, МПа ;

М_пр - приведённый момент, Нм;

d - диаметр вала, мм;

- допустимое напряжение изгиба, МПа.

Отсюда:

.

Для полого вала в сечении определим приведённый момент по выражению (5.29):

Условие прочности на изгиб для полого вала имеет вид [1]:

где d_H - наружной диаметр трубы, мм;

с - отношение внутреннего диаметра трубы к наружному.

Для принятой трубы:

откуда:

Следовательно, выбранный вал удовлетворяет условию прочности на изгиб.

5.2 Выбор подшипников для вала измельчителя

Подберём подшипники для вала измельчителя. Исходные данные для расчёта:

- частота вращения вала n=2320 мин^-1;

- диаметр цапфы d=40 мм;

- температура подшипника t= 100°С;

- требуемая долговечность подшипника L_R =10000, при 90%-ой надёжности.