Проект организации возделывания зерновых культур в КООПХОЗ "Сергеевский"

зиi = Rа/Pнкр <1(2.8)

зи1 = 27,17/38 = 0,72 <1;

зи2 = 31,702/34 = 0,91 <1;

зи3 = 36,316/30 = 1,21 >1.

На основании расчёта коэффициента использования тягового усилия приходим к выводу, что рабочей будет вторая передача трактора, а резервной - первая. Третью передачу для работы применять не рекомендуется, так как силовой агрегат будет перегружен.

Определение рабочей скорости, соответствующей сопротивлению агрегата. Рабочая скорость агрегата может быть определена по формуле:

Vрi = Vрi+(Vхi-Vнi)*(1-зи), км/ч(2.9)

гдеVрi - рабочая скорость, соответствующая сопротивлению агрегата на i-й передаче, км/ч;

Vхi и Vнi - соответственно скорость холостого хода трактора и номинальная скорость на выбранной i-й передаче, км/ч.

Vр2 = 9,2+(11,2-9,2)*(1-0,91) = 9,38 км/ч.

2.5.6 Эксплуатационно-техническая оценка работы машинно-тракторного агрегата

Производительность за один час рабочего времени определяется по уравнению:

Wч = 0,1*Bр*Vр, га/ч(2.10)

гдеWч - производительность за час рабочего времени, га/ч;

Bр - рабочая ширина захвата агрегата, м.

Wч = 0,1*10,6*9,38 = 9,94 га/ч

Сменную производительность посевного агрегата определим по формуле:

Wсм = 0,1*Bр* Wч *Tсм*фсм, га/см(2.11)

гдеWсм - производительность агрегата за смену, га/см;

Tсм - продолжительность времени смены, ч. Tсм = 8 ч;

фсм - коэффициент использования времени смены. фсм = 0,7.

Wсм = 0,1*10,6*9,94*8*0,7 = 59 га/см.

Погектарный расход топлива определяем по формуле:

gга = Gр*Tсм/Wсм*Kт, кг/га(2.12)

гдеgга - погектарный расход топлива, кг/га;

Gр - значение среднего часового расход топлива трактора при работе с нормальной тяговой нагрузкой, кг/ч;

Kт - коэффициент, учитывающий изменение расхода топлива в зависимости от загрузки трактора. Kт = (0,8…0,95).

gга = 28*8/59*0,9 = 4,21 кг/га.

Определяем удельные затраты труда при выполнении заданной операции по формуле:

Зт = mмех*Tсм/Wсм, чел.-ч/га (2.13)

гдеЗт - удельные затраты труда, чел.-ч/га;

mмех - количество механизаторов, обслуживающих машинно-тракторный агрегат, чел.

Зт = 1*8/59= 0,136 чел.-ч/га.

2.6 Выводы по разделу

В данном разделе были рассмотрены существующие технологии возделывания сельскохозяйственных культур, на примере возделывания пшеницы. Представлена технология возделывания яровой пшеницы в условиях «Кемеровский научно-исследовательский институт сельского хозяйства» с прилагаемой технологической картой. Разработана новая технологическая карта с учетом нововведений в хозяйстве.

Предложенная технология обеспечивает минимальное воздействие машин и агрегатов на почву обрабатываемых земель. Предлагаемые многооперационные машины снижают в процессе эксплуатации расход ГСМ; повышается производительность посевных работ на 25…30% по сравнению с предыдущей технологией.

Методом комплектования машинно-тракторного агрегата был определён трактор для агрегатирования предлагаемого комплекса и на основе расчётов выбрана рабочая и резервная передачи машины. А Эксплуатационно-техническая оценка работы машинно-тракторного агрегата позволила определить, что его часовая производительность составит 9,94 га/ч, погектарный расход топлива - 4,21 кг/га и удельные затраты труда при этом будут равны 0,136 чел.-ч/га.

3. Конструкторская часть

3.1 Анализ посевных комплексов

В настоящее время промышленностью России и зарубежных стран выпускается огромное количество посевных комплексов, которые позволяют хозяйствам осуществлять посев зерновых и пропашных культур по ресурсосберегающим технологиям. Наиболее заметной особенностью таких комплексов является изменение структуры машинотракторного парка, когда при меньшем количестве трудовых ресурсов, а также применяемых технических средств, достигается высокая производительность труда и качество выполняемых механизированных работ, снижаются затраты на производство единицы продукции как в растениеводстве, так и животноводстве.

Наиболее заметными производителями на арене производства посевной техники для ресурсосберегающих технологий являются такие зарубежные фирмы, как John Deere, Horsch, CLAAS, Amazone, а также некоторые российские компании: «Агро» (Кемерово) выпускают посевные комплексы «Кузбасс» и «Томь» соответственно. Для более полного ознакомления с продукцией данных компаний рассмотрим некоторые машины, предназначенные для посева, более подробно.

Широкозахватный посевной комплекс Horsch-Агро-Союз.

Данный комплекс (рисунок 3.1) может осуществлять за один проход посев без предварительной обработки почвы, внесение сыпучих, жидких или газообразных удобрений точно под горизонт посева и прикатывание. Объединение этих операций приводит к уменьшению уплотнения почвы, сокращению сроков посева и экономии горюче-смазочных материалов.

Рисунок 3.1 - Широкозахватный посевной комплекс Horsch-Агро-Союз

Использование посевного комплекса «Horsch - Агро-Союз» сохраняет структуру почвы, предотвращает эрозию, снижает потерю влаги. Эти комплексы поставляются в трех вариантах ширины захвата - 9,8 м (ATD 9.35), 11,9 м (ATD 11.35) и 18,2 м (ATD 18.35) с 4-мя рядами сошников. Парный сошник «дуэт» показанный на рисунке 2 обеспечивает точный и равномерный широкополосный посев на 18-20 см с глубиной посева до 7 см, в 3-4 раза увеличивая площадь питания каждого ростка, что повышает урожайность в целом.

1) 2) 3)

Рисунок 3.2 - Виды сошников: 1)Под гранулированное удобрение; 2)Под жидкое удобрение; 3)Для высева пропашных культур

Данные сошники ATD позволяюет применять систему одновременного внесения жидких или гранулированных удобрений, при которой удобрение вводится точно под полосы посева на глубину 4-5 см ниже ее горизонта. При этом исключается вероятность химического ожога семян. Так же с его помощью возможно одновременное внесение посевной культуры и гранулированных удобрений, что позволяет значительно снизить затраты сельскохозяйственного производителя.

Сеялка «Horsch - Агро-Союз» оборудована пневматическими прикатывающими колесами, которые могут работать в условиях высокой влажности за счет регулирования давления и специального рисунка протектора, который производит самоочищение колес от грязи. Каждая полоса посева прикатывается соответствующим ей колесом почвоуплотнителя, при этом по всей ширине захвата создается равномерное давление на почву. Это обеспечивает благоприятные условия для прорастания семян.

Рисунок 3.3 - Система дозировки «Horsch»

Компанией «Horsch» была разработана собственная пневматическая система дозировки (рисунок 3.3) и распределения посевного материала. Эта система прошла испытание в различных условиях и доведена до совершенства в точности дозировки и распределения. Она проста в конструкции, настройке и состоит из малого количества элементов, подлежащих замене при работе с большой шириной захвата. Корпус дозатора «Horsch» изготовлен из износостойкого полиуретана. Для различных видов посевного материала применяются разные роторы дозатора, которые легко заменяются без применения инструмента в течение нескольких минут. Специально спрофилированный канал подвода к ротору обеспечивает хорошее заполнение его ячеек и обеспечивает точность дозировки при различных скоростях вращения ротора дозатора. Высевающий аппарат «Horsch - Агро-Союз» оснащен несколькими сменными катушками, позволяющими производить посев различных видов семенного материала (размер зерна от 1 до 10 мм) на различных почвах.

Следует также отметить, что комплекс оснащен блоками безопасности, предохраняющими сошники от поломки. Блок, разработанный компанией «Horsch», является самым эффективным и надежным, не имеющим аналогов в мире. Корпус и пружина блока безопасности производится из сплавов высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Механизм не требует обслуживания и регулировки во время всего жизненного цикла сеялки. Усилие срабатывания блоков безопасности составляет 450 кг.

Пневматические дисковые сеялки Great Plains СТА 400 (США)

Рисунок 3.4 - Пневматические дисковые сеялки Great Plains СТА 400

Наиболее производительные пневматические сеялки выпускаемые Компанией Great Plains. Предназначена для посева по обработанной почве (Минимальная технология обработки почвы Min-Till).

Рисунок 3.5 - Сошники Great Plains СТА 400

Привод дозирующей системы - механический. Копирует неровности поля каждым дисковым сошником (ход сошника 21 см) и тремя сеялочными секциями (15* вверх и 20* вниз). Сошники (Рисунок 3.5)серии 00 расположены в шахматном порядке для предотвращения забивания. Глубины посева регулируется положением прикатывающего катка.

Рисунок 3.6 - Бункер Great Plains СТА 400

Бункер модель ADC2220 (Рисунок 3.6) поделен на две секции (50% на 50%), объемом 7750 литров (примерно 3,1+3,1 тонны пшеницы) для семян и/или гранулированных удобрений, которые вносятся в почву одновременно с посевом. Конструкция крепления бункера к раме сеялки обеспечивает отличную маневренность в поле и при транспортировке - интегрированный бункер и сеялочная рама представляют единое целое. Такая компоновка предотвращает влияние бункера на сеялочную раму в зависимости от его загрузки. Длина семяпроводов сведена к возможному минимуму (общая длина сеялки всего 9,3 м), что повышает эффективность работы вентилятора и значительно снижает вероятность закупорки семяпроводов.

Рисунок 3.7 - Система дозации Great Plains СТА 400

Система дозации (Рисунок 3.7)и распределения представляет из себя два дозирующих катушечных устройства (5 катушек в каждом), которые дозируют семена и удобрения в пять основных семяпроводов на пять распределительных башен с обрезиненной внутренней поверхностью, от которых расходятся по 16 вторичных семяпроводов к сошникам. Габариты сеялки в транспортном положении не превышают разрешенные (ш 5,49 х в 4,27 х д 9,27 метра). В полевом режиме гидравлика трактора задействуется для привода вентилятора и работы системы распределения нагрузки на крылья сеялки. Шнек сеялки позволяет производить как погрузку материала, так и его выгрузку. Тавотницы труднодоступных точек смазки вынесены в блоки, размещенные сверху рамы. Сеялка проста в настройках и надежна в эксплуатации. Рекомендуемая скорость посева 9 - 12 км/ч. Расчетная производительность за 16 часов чистого рабочего времени при скорости 12 км/ч - 235 Га/сутки. Рекомендуемая мощность трактора от 230 л.с.Дисковая сеялка характеризуется точной заделкой и прикатыванием семян, что обеспечивает одновременные всходы и одинаковое развитие растений. Лучший выбор для посева по предварительно подготовленной с осени или весной почве. Идеальное копирование сложного рельефа поля рамой сеялки и каждым сошником индивидуально. Рекомендуемая мощность трактора от 275 л.с. Посевной комплекс «Salford Airseeder 4050».

Рисунок 3.8 - ПК Salford Airseeder 4050

Надежная, долговечная и простая в эксплуатации сеялка Salford 4050 . (рисунок 3.8). Единственная в Северной Америке сеялка, изготовленная из мощных стальных труб размером 10x15 см, обеспечит надежную работу в любых тяжелых условиях на долгие годы. Усиленная рама позволяет так же использовать орудие в качестве культиватора с глубиной обработки почвы до 15 см. Система универсальных кронштейнов дает возможность легко заменить прикатывающие обрезиненные колеса на трубчатые катки для сплошного прикатывания или ребристые вычесывающие катки для кондиционирования почвы и разбивания комков. Эта уникальная система позволяет отказаться от использования прицепных спиральных катков сэкономив деньги как при покупке, так и при эксплуатации.

Рисунок 3.9 - Дышло конструкции Land Hugger

Дышло конструкции Land Hugger (Рисунок 3.9) автоматически переходит из "плавающего", копирующего неровности положения при посеве или культивации, в фиксированное положение при транспортировке, что исключает проблемы раскачивания рамы в продольном направлении при транспортировке и необходимости дополнительной балластировки орудия.

Рисунок 3.10 - 3-х рядной бороны и прикатывающих колес

Подпружиненные универсальные кронштейны крепления 3-х рядной бороны и прикатывающих колес (рисунок 3.10) позволяют точно копировать рельеф, поддерживать постоянное усилие прикатывания 40-65 кг. на каждый прикатывающий каток.

Каждый фермер понимает, насколько важно точно, аккуратно, с постоянным давлением, прикатать семена. Исключая воздушные карманы вокруг них, мы сокращаем потери влаги и добиваемся полного и однородного контакта семян с влажной почвой. Результатом качественной заделки и прикатывания являются одновременные ровные всходы. Сеялки-культиваторы серии 4050 оснащаются двумя системами прикатывания, которые могут легко взаимозаменятся в зависимости от применяемой технологии посева. Комбинация из 3-х рядной бороны и прикатывающих обрезиненных катков отлично работает при посеве лентой шириной 7-8 см. При ширикополосном посеве для выравнивания фона за лапами, заделки и прикатывания применяется 3-х рядная борона в комбинации с трубчатыми катками. 

Рисунок 3.11 - Дозирующая система ПК Salford Airseeder 4050

Ширина захвата - 12,2 м, кол-во лап - 50 ( С-образные стойки с пружинами- сопротивление 204 кг ), расстановка лап - через 24 см. Дозирующая система - катушечная 4 или 6 (Рисунок 3.11), данная система позволяет точно устанавливать норму высева, тем самым обеспечивая равномерный посев. Емкость двухсекционного бункера - 7200 л. деление бункера 60% на 40% или 8700 л., деление бункера 50% на 50% (на выбор: переднеприцепной или заднеприцепной бункер). Возможна комплектация стрельчатой насадкой для посева с одновременной культивацией или анкерной насадкой для посева в стерню с минимальным повреждением поверхности. Вносит сухие гранулированные удобрения при посеве. Загрузка бункера осуществляется шнеком сеялки.Точная дозация и заделка семян. Выполняемые операции: культивация (создание мульчирующего слоя, подрезание стерни и сорняков), посев, внесение гранулированных удобрений, боронование, прикатывание. Возможна комплектация делителями для широкополосного посева и прикатывающими трубчатыми катками. Дополнительные возможности: культиваторную раму сеялки можно использовать как самостоятельное орудие для обработки почвы на глубину от 4-х до 15-ти см. Для получения лучшего эффекта от работы орудия, рекомендуется оснастить культиваторную часть сеялки усиленной трехрядной бороной (зуб 12,7 мм х 480 мм ) и вычесывающими катками (диаметр 356 мм). Ребра катка расположены по спирали. Каток прикатывает поверхность, разбивает комки, плющит пожнивные остатки. В комплекте сеялки: шнек самозагрузки с приемным лотком , гидравлические маркеры , монитор (контроль блокировки семяпроводов с датчиками на вторичных семяпроводах, информирование о наличие материала в бункере, работе приводов дозирующей системы и вентилятора).

Посевной комплекс« Ставрополье».

Рисунок 3.12 - Посевной комплекс «Ставрополье»

Посевной комплекс "Ставрополье" (рисунок 3.12) явился достойным результатом работы специалистов ООО НПО "Реста". Посевной комплекс "Ставрополье", это первый в России комплекс, произведённый не по образу и подобию, а разработанный нашими инженерами. В нем аккумулирован опыт многолетней работы наших специалистов с подобными посевными комплексами воздушного высева производства иностранных компаний. Наш посевной комплекс выгодно отличается от других следующими качествами:

1) гидросистемма комплекса разработана специально с учётом параметров гидросистем отечественных тракторов и полностью с ними унифицирована;

2) комплекс производится из отечественных комплектующих, но при этом сохранил надёжность и долговечность лучших импортных образцов, при этом ремонтопригодность его несравнимо возросла;

3) за один проход производится сплошная обработка почвы, посев семян и удобрений полосами шириной 15-17 см, боронование и прикатывание почвы, что обеспечивает более благоприятные условия для развития всходов по сравнению с обычным рядовым посевом;

4) благодаря увеличению количества сошников ширина посевной ленты 15-17см. при ширине междурядья 8-10см. полезно используемая площадь в посеве составляет 65-70%, что позволило значительно увеличить площадь питания растений, а следовательно и урожайность сельскохозяйственных культур;

5) на комплексе применён специальный каток, который позволяет не только прикатывать почву на глубине 2-3см., но, и вычёсывает сорняки на поверхность почвы (что полностью исключает их приживание после посева или культивации) хорошо выравнивает почву, заделывает семена и создаёт на поверхности мульчирующий слой;

6) комплекс комплектуется тремя видами рабочих органов, что позволяет использовать его на посеве, культивации на глубину до 16см. так и на осенней, зяблевой обработке почвы на глубину до 25см.

Комплекс «Ставрополье» представляет собой пневмосеялку-культиватор, для посева пшеницы, ячменя, зернобобовых, рапса, льна масличного и других культур сплошного посева. Посев может производиться по отвальной вспашке и по стерне без предварительной обработки. За один проход производится сплошная обработка почвы, посев семян и удобрений полосами шириной 15- 17 см, боронование и прикатывание почвы, что обеспечивает более благоприятные условия для развития всходов по сравнению с обычным рядовым посевом.

Рисунок 3.13 - Дозирующий узел ПК «Ставрополье»

Дозирующий узел ПК «Ставрополье» (Рисунок 3.13) прост в конструкции, настройке и состоит из малого количества элементов, подлежащих замени при работе с большой шириной захвата. Обеспечивает точное соблюдение нормы высева от 5 кг/га до 240 кг/га.

Особые требования к почвам и климатическим зонам не предъявляются. Гидропривод поворотного шнека обеспечивает самозагрузку (выгрузку) семян и удобрений в бункер.

Предлагаемый посевной агрегат ПК «Томь-10».

Рисунок 3.14 - посевной комплекс «Томь-10»

В 2006 году фирмой «Агро» сертифицирован и пущен в производство посевной комплекс «Томь», предназначенный для посева сельскохозяйственных культур по мульче или стерневому фону без предварительной подготовки почвы (прямой посев). Комплекс «Томь-10» (Рисунок 3.14) представляет собой сочетание секционного посевного орудия и пневматической высевающей системы с двухступенчатым распределением и автономной емкостью. Комплекс агрегатируется с тракторами 3 - 5 тягового класса. Привод вентилятора высевающей системы осуществляется от автономного дизельного двигателя или от гидромотора. Сеялка оснащается двухдисковыми сошниками с индивидуальной прикатывающей системой. Дисковый нож т.н. турбо-диск, расположенный перед каждым сошником осуществляет разделку почвенного пласта и измельчение органических остатков, облегчая, тем самым, ход сошника и качественное формирование им борозды даже в условиях повышенной влажности почвы и наличия большого количества органики. Сошник вносит семена и удобрения на заданную глубину, укладывает на плотное подготовленное ложе и закрывает борозду, а следующее позади прикатывающее колесо уплотняет засеянную полосу. Система высева пневмомеханическая с первоначальным дозированием от высевающей катушки и приводом от колеса бункера, позволяет высевать широкий спектр сельскохозяйственных культур (от зернобобовых до технических мелкосеменных) в диапазоне норм высева от 5 до 320 кг/га. За счет наличия параллелограмных механизмов независимого перемещения секций рамы и сошниковых групп, сеялка точно копирует рельеф поля, обеспечивая равномерность размещения семян по глубине. Комплексы оснащаются электронной системой контроля, которая позволяет оперативно получать точную информацию о приводе высевающих аппаратов, уровне материала в бункере, давлении в высевающей пневмосистеме, прохождению материала к сошникам и т.д.

3.2Проектирование дозирующего аппарата

3.2.1 Общее устройство

Одним из важнейших узлов любой сельскохозяйственной машины предназначенной для посева является высевающий аппарат или дозатор. От его правильной работы напрямую зависит качество посева, а следовательно и урожайность. В данной части курсового проекта предлагается конструкция дозирующего устройства (рисунок 3.15) для посевного комплекса «Томь». Предлагаемая конструкция способна обеспечить широкий диапазон норм высева от 10 до 400 кг/га.

Предлагаемое дозирующее устройство состоит из корпуса 1, разделённого на две секции перегородкой. В одной секции находится промежуточный вал 2, который через цилиндрическую передачу 3 передаёт крутящий момент от приводного колеса к ведомому валу 5, на котором закреплена катушка дозатора 4.

Рисунок 3.15 - Схема дозирующего устройства:

1-корпус; 2- промежуточный вал; 3- цилиндрическую передачу; 4- катушка дозатора; 5- вал ведомый

Зубчатые колёса передачи находятся вне корпуса дозатора в специальном кожухе. Это даёт возможность без особых усилий менять передаточное число механизма, то есть менять норму высева. Также предусмотрена регулировка нормы высева путём изменения рабочей длины катушки. Для предотвращения забивания или поломки дозатора в следствии попадания в семенную смесь инородных тел в нижней части корпуса предусмотрен предохранительный клапан.

3.3 Расчёт конструкции

3.3.1 Расчёт параметров катушечно-желобчатых дозирующих аппаратов

Исходные данные:

Норма высева Q = 220 кг/га;

Диаметр приводного колеса 0,3 м;

Плотность семян с = 0,6 кг/дм3 = 600 кг/м3.

Основными размерами катушки являются диаметр катушки dк, количество желобков nж , ширина желоба bх и его глубина h, которая определяется по формуле:

h=2д,(3.1)

гдед- средний поперечный размер семени, м. Для пшеницы д = 0,003 м.

h=2·0,003=0,006 м.

Определим ширину желоба:

bx = ( 1.5…2.5 )·h,(3.2)

гдеbx - ширина желоба, м.

bx=2·0,006=0,012 м.

Диаметр катушки dк определяют как диаметр описанной окружности l правильного многоугольника , имеющего nж желобков (принимаем 16) и длину каждой стороны :

b= bx+Д,(3.3)

гдеД - величина ребра между соседними желобками, м. Принимаем Д= 0,002.

b= 0,012+0,002=0,014 м

Тогда диаметр катушки определится из выражения :

dк = (bx+Д)·n/р ,(3.4)

dк = (0,012+0,002)·16/3,14 = 0,071 м.

Определяем длину рабочей части катушки дозирующего аппарата для конкретных технологических условий по формуле:

lк = Д·Qз·bM·Z/(104·(1-з)·[h2/2·nж+СП·(dк+СП)]·с·i),(3.5)

гдеlк - длина рабочей части катушки дозирующего аппарата, м;

Д- диаметр опорно-приводного колеса, м;

Qз- заданная норма высева, кг/га;

з- коэффициент скольжения колес по почве (принимаем 0,08);

bМ - ширина междурядий, м;

i - передаточное число (принимаем 1) ,

с - плотность семян, кг/м3;

Z- количество рядков;

Сп- условно-приведенный слой (принимаем Сп для пшеницы 4 мм ).

lк = 0,3·220·0,19·50/(104·(1-0,08)·[0,0062/2·16+0,004·(0,071+0,004)]·600·1)

= 0,1518 м.

Объём семян выброшенных катушкой за один оборот , называемый рабочим объёмом Vр будет складываться из объёма семян , попавших в желобки Vж и объёма семян , находящихся в активном слое Vас , то есть:

Vр= Vж+Vас,(3.6)

гдеVас - объём семян, находящихся в активном слое, м3. Определяется по формуле:

Vас= р·lk·Cп·( dk+Cп ),(3.7)

Vж - объём семян, попавших в желобки, м3. Определяется по выражению:

Vж = р·h2/2·lк·nж,(3.8)

После преобразований получим :

Vр = р·lk·[h2·nж/2+Cп·(dk+Cп)],(3.9)

Vр = 3,14·0,1518·[0.0062·16/2+0.004·(0.071+0.004)] = 0.0003 м3.

Определим массу семян, высеваемых за один оборот катушки дозатора по формуле:

Q1 = р·lk·[h2·nж/2+Cп·(dk+Cп)]·с,(3.10)

Q1 = 3,14·0,1518·[0.0062·16/2+0.004·(0.071+0.004)]·600 = 0,18 кг.

Рассчитаем передаточные числа зубчатой передачи для различных норм высева (Q1 = 300 кг/га; Q2 = 350 кг/га; Q3 = 400 кг/га) по формуле (3.5):

ii = Д·Qз·bM·Z/(104·(1-з)·[h2/2·nж+СП·(dк+СП)]·с·lk),(3.11)

i1 = 0,3·300·0,14·70/(104·(1-0,08)·[0,0062/2·16+0,004·(0,071+0,004)]

·600·0,1518) = 1,36;

i2 = 0,3·350·0,14·70/(104·(1-0,08)·[0,0062/2·16+0,004·(0,071+0,004)]

·600·0,1518) = 1,59;

i3 = 0,3·400·0,14·70/(104·(1-0,08)·[0,0062/2·16+0,004·(0,071+0,004)]

·600·0,1518) = 1,82;

Уточняем рабочую длину катушки по формуле (3.5):

lк1 = 0,3·300·0,14·70/(104·(1-0,08)·[0,0062/2·16+0,004·(0,071+0,004)]

·600·1,36) = 0,1522 м.

lк2 = 0,3·350·0,14·70/(104·(1-0,08)·[0,0062/2·16+0,004·(0,071+0,004)]

·600·1,36) = 0,1519 м.

lк2 = 0,3·400·0,14·70/(104·(1-0,08)·[0,0062/2·16+0,004·(0,071+0,004)]

·600·1,36) = 0,1517 м.

3.3.2 Расчёт цилиндрической прямозубой передачи

Исходные данные:

Крутящий момент на шестерне Т = 47,3·103 Н·мм;

Частота вращения шестерни n = 166,28 мин-1;

Передаточное число передачи 0,55;

Срок службы механизма t = 103 ч.

Угол наклона зубьев в = 00;

Коэффициент, учитывающий наклон зуба А = 310;

Коэффициент относительной ширины зубчатого колеса шВА по ГОСТ 2185-66 принимаем 0,2

Материал шестерни и колеса - текстолит №2,3 капрон с пределом прочности уВ = 100 МПа, пределом текучести уТ = 160 МПа, твёрдостью НВ = 35 МПа; коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между зубьями КНб = 1,0; коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между зубьями КНв = 1,0; коэффициент, учитывающий динамические нагрузки КНн = 1,08; коэффициент безопасности [SН] = 1,1.

Коэффициент нагрузки определяем по формуле (2.12):

КН = КНб · КНв · КНн,(3.12)

КН = 1,0·1,0·1,08 = 1,08.

Определяем пределы контактной выносливости поверхностей зубьев шестерни и колеса:

унlimb = 2·HB + 70;(3.13)

гдеунlimb - предел контактной выносливости поверхностей зубьев, МПа.

унlimb1 = 2·35 + 70 = 140 МПа;

унlimb2 = 2·14 + 70 = 140 МПа.

Рассчитаем коэффициент долговечности:

КHL = (NHO/NHE)1/6;(3.14)

гдеNHO - базовое число циклов, при НВ < 350 МПа NHO = 107 циклов;

NHE - число циклов нагружения, при постоянной частоте вращения зубчатых колёс определяется по формуле:

NHE = 60·a·t·n;(3.15)

гдеа - количество зацеплений зуба за один оборот шестерни. а = 1;

t - срок службы шестерни, ч;

n - частота вращения шестерни, мин-1.

NHE1 = 60·1·103·166,28 = 9,977·106 циклов;

NHE2 = 60·1·103·302,33 = 18,140·106 циклов.

Подставляем полученные значения в формулу (3.14):

КHL1 = (107/9,977·106)1/6 = 0,1671<1;

КHL2 = (107/18,140·106)1/6 = 0,092<1.

Твёрдость материалов НВ < 350 МПа, поэтому принимаем КHL1=КHL2= 1.

Определяем допускаемые контактные напряжения по формуле:

[уН] = унlimb· КHl/[SН],(3.16)

где[уН] - допускаемые контактные напряжения, МПа.

[уН]1 = 140·1/1,1 = 127,3 МПа;

[уН]2 = 140·1/1,1 = 127,3 МПа.

аw = (u+1)·(A2·T·KH/([уН]2·u· шВА))1/3(3.17)

аw = (0,55+1)·(3102·47,3·103·1/(127,32·0,55·0,2))1/3 = 93,7 мм.

Принимаем аw = 100 мм.

Модуль зацепления рассчитываем по формуле:

mn = (0.01…0,02)·аw,(3.18)

гдеmn - модуль зацепления, мм.

mn = (0.01…0,02) · 100 = (1…2) мм.

Принимаем mn = 1,5 мм.

Рассчитываем число зубьев шестерни:

z1 = 2·аw·cosв/((u+1)· mn),(3.19)

z1 = 2·100·1/(0.55+1) = 86

Рассчитываем число зубьев колеса:

z2 = z1·u.(3.20)

z2 = 86·0,55 = 47

Определяем геометрические параметры зубчатых колёс.

Диаметры делительных окружностей находим по формуле:

di = mn· z1/ cosв,(3.21)

гдеdi - диаметр делительной окружности шестерни и колеса, мм.

d1 = 1,5·86/1 = 129 мм;

d2 = 1,5·43/1 64,5 мм.

Диаметры окружностей выступов:

dai = di + 2· mn,(3.22)

гдеdai - диаметр окружностей выступов шестерни и колеса, мм.

da1 = 129+ 2·1,5 = 132 мм;

da2 = 64,5+ 2·1,5 = 67,5 мм.

Диаметры окружностей впадин:

dfi = di - 2,5· mn,(3.23)

гдеdfi - диаметры окружностей впадин шестерни и колеса, мм.

df1 = 129-2,5·1,5 = 125,25 мм;

df2 = 64,5-2,5·1,5 = 60,75 мм.

Определяем ширину колеса:

b = aw· шВА,(3.24)

гдеb - ширину колеса, мм.

b = 100·0,2 = 20 мм.

Определяем усилия действующие в передаче:

Ft = 2·T/d1, (3.25)

гдеFt - окружные усилия, Н.

Ft = 2·47300/129 = 733,3 Н.

Fr = Ft·tgб,(3.26)

гдеFr - радиальные усилия, Н.

Fr = 733,3·tg200 = 266,9 Н.

Определяем напряжения изгиба в зубьях шестерни:

уF = Ft·YF·KF/b·mn [уF],(3.27)

гдеуF - напряжение изгиба, МПа;

YF - коэффициент формы зуба. YF = 3,61;

KF - коэффициент нагрузки, рассчитывается по формуле:

KF = KFв ·KFV,(3.28)

гдеKFв - коэффициент учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длинне зуба, KFв = 1,00…1,72;

KFV - коэффициент динамичности, зависящий от скорости движения зубчатых колёс, KFV = 1,00…1,45.

KF = 1,1·1,1 = 1,21

[уF] - допускаемое напряжение на изгиб, определяется из выражения:

[уF] = у0Flimb/[SF],(3.29)

гдеу0Flimb - предел выносливости материала при пульсирующем цикле:

у0Flimb = 1,8·НВ = 1,8·35 = 63 МПа.

[SF] - запас прочности зубьев при изгибе. [SF] = 1,75.

Тогда:

[уF] = 63/1,75 = 36 МПа.

Подставляем полученные значения в формулу (40), получим:

уF = 733,3·3,61·1,21/20·1,5 = 106,77 МПа.

Проверка прочности зубьев при кратковременных перегрузках при пусковом моменте ТП = Т.

Выполняем проверку по контактным напряжениям;

уНmax = уH·(ТП/Т)1/2 [уН]пр,(3.30)

гдеуНmax - максимальное значение контактных напряжений, МПа;

уН - расчётное контактное напряжение, МПа. Определяется по формуле:

уН = 310·(Т·КН·(u+1)3/(aw2·b·u))1/2.(3.31)

уН = 310·(47300·1·(0,55+1)3/(1002·20·0,55))1/2 = 392,28 МПа.

уНmax = 392,28·(1)1/2 = 392,28 МПа.

Рассчитаем предельные контактные напряжения:

[уН]пр = 3,1·уТ = 3,1·106,77 = 330,99 МПа.

Выполняем проверку по напряжениям изгиба:

уFmax = уF·ТП/Т [уF]пр,(3.32)

где[уF]пр - допускаемые предельные напряжения изгиба материала колеса, МПа;

[уF]пр = 0,8·уТ.(3.33)

гдеуТ - предел текучести материала колеса, МПа.

[уF]пр = 0,8·160 = 128 МПа.

Подставляем полученное значение в формулу (3.32), получим:

уFmax = 106,77·1 = 106,77 [уF]пр.

Прочность зубчатых колёс при заданном нагружении обеспечивается.

3.3.3 Расчёт промежуточного вала

Определяем диаметр вала из условия прочности на кручение по следующей формуле

d = (T2/(0,2·[фкр]))1/3,(3.34)

гдеT2 - крутящий момент на промежуточном валу, Н?мм. T2 =47,3·103 Н·мм

[фкр] - допускаемое напряжение на кручение, [фкр] = (20…25) МПа.

d = (47,3·103/(0,2·20))1/3 = 22,2 мм.

Принимаем d = 25 мм.

Для рассмотрения сил действующих на промежуточный вал воспользуемся рисунком 3.16.

Рисунок 3.16 - Схема нагружения вала

Определяем реакции в опорах вала в плоскости ZOX, для этого воспользуемся рисунком 3.17.

Рисунок 3.17 - Силы, действующие на промежуточный вал в плоскости ZOX

У МА = 0.

Fb·27- Fr·(41+212)+RBZ·212 = 0.

RBZ = (Fr·(41+212)- Fb·27)/212.

RBX = (266,9·253-1653,3·27)/212) = 107,96 Н.

У МВ = 0.

Fb·(27+212)-RAZ·212-Fr·41 = 0.

RАZ = (- Fr·41+Fb·(27+212))/212.

RАZ = (-266,9·41+1653,3·239)/212 = 1812,2 Н.

Проверка:

У FАZ = 0.

-Fb+RАZ+ RBX-Fr = 0.

-1653,3+1812,2+107,9-266,9 = 0.

Определяем реакции в опорах в плоскости YOX, для этого воспользуемся рисунком 3.18

Рисунок 3.18 - Силы, действующие на промежуточный вал в плоскости YOX

У МА = 0.

RBY·212-Ft·(41+212) = 0.

RBY = Ft·(41+212)/212 .

RBY = 733,3·253/212 = 875,1 Н.

У МВ = 0.

- RАY·212 - Ft·41 = 0.

RАY = -Ft·41/212.

RАY = -733,3·41/212 = -141,81 Н.

Проверка:

У FАY = 0.

RАY + RBY - Ft = 0

-141,81+875,1-733,3 = 0.

Определяем изгибающие моменты в плоскости ZOX:

М1 = 0 Н·мм.

М2 = Fb ·27

М2 = 1653,3·27 = 44639,1 Н·мм

М3 = Fb ·(27+212)-RАZ·212.

М3 = 1653,3·(27+212)+1812,2·212 = 10952,3 Н·мм.

М4 = Fb ·(27+212+41)-RАZ·(212+41)- RBZ·41.

М4 = 1653,3·(27+212+41)-1812,2·(212+41)-107,96·41 = 0 Н·мм

Определяем изгибающие моменты в плоскости YOX:

М1 = 0 Н·мм.

М2 = -Ft·41.

М2 = -733,3·41 = -30065,3 Н·мм.

М3 = -Ft·(41+212)+ RBY·212.

М3 = -733,3·(41+212)+875,1·212 = 0 Н·мм.

Для определения опасного сечения вала воспользуемся рисунком 13

Рисунок 3.19 - Эпюры моментов изгибающих и крутящего

Опасным сечением является сечение под номером 2.

Определяем суммарный изгибающий момент:

Мизг.2 = (My2+Mz2)1/2,(3.35)

гдеМизг.2 - суммарный изгибающий момент во 2 сечении вала, Н·мм;

Му - изгибающий момент во 2 сечении вала в плоскости YOX, Н·мм;

Мz - изгибающий момент во 2 сечении вала в плоскости ZOX, Н·мм.

Мизг.2 = (44639,12)1/2 = 44639,1 Н·мм.

Определяем момент приведенный:

Мпр = (M2изг.2+(б·Т)2)1/2,(3.36)

гдеМпр - момент приведенный, Н·мм;

б - коэффициент приведения напряжений кручения к напряжениям изгиба б = 0,59.

Мпр = (44639,12+(0,59·47300)2)1/2 = 52644,56 Н·мм.

Находим диаметр вала:

d1 = ,(3.37)

гдеd1 - диаметр вала, мм;

[уи] - допускаемое напряжение на изгиб материала вала [уи] = (65…70) МПа.

d = (52644,56/(0,1·65))1/3 = 22,08 мм.

Принимаем d = 25 мм.

Определяем запас прочности вала:

n = ? [n],(3.38)

гдеn - запас прочности вала;

nу и nф - соответственно запасы прочности вала по нормальным и касательным напряжениям;

[n] - допускаемый предел прочности, [n] = 1,75…3,5.

nу = у-1/(ку·уа/еу + у·уm),(3.39)

гдеу-1 - предел выносливости материала при симметричном цикле нагружения по нормальным напряжениям, МПа;

ку - эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений;

уа - амплитудное значение нормальных напряжений, МПа;

еу - коэффициент, учитывающий диаметр вала для нормальных напряжений;

у - коэффициент, учитывающий асимметрию цикла для нормальных напряжений;

уm - среднее значение нормальных напряжений при нагружения вала осевой силой, МПа.

nф = ф-1/(кф·фа/еф + ф·фm),(3.40)

гдеф-1 - предел выносливости материала при симметричном цикле нагружения по касательным напряжениям, МПа;

кф - эффективный коэффициент концентрации касательных напряжений;

фа - амплитудное значение касательных напряжений, МПа;

еф - коэффициент, учитывающий диаметр вала для касательных напряжений;

ф - коэффициент, учитывающий асимметрию цикла для касательных напряжений;

фm - среднее значение касательных напряжений при нагружения вала осевой силой, МПа.

Определяем амплитудное значение нормальных напряжений:

уа = Мизг.сумм./WОН ,(3.41)

гдеWОН - осевой момент сопротивления, мм2.

WОН = р·d3/32 - b·t·(d-t)2/2·d,(3.42)

гдеb - ширина шпоночного паза, мм;

t - глубина шпоночного паза вала, мм.

WОН = 3,14·253/32 = 1533,2 мм2.

уа = 44639,1/1533,2 = 29,115 МПа.

Определяем амплитудное значение касательных напряжений:

фа = 0,5·Т1/WРН ,(3.43)

гдеWРН - полярный момент сопротивления, мм2.

WРН = р·d3/16 - b·t·(d-t)2/2·d,(3.44)

WРН = 3,14·253/16 = 3066,4 мм2.

фа = 0,5·47300/3066,4 = 7,7 МПа.

Определяем предел выносливости материала вала при симметричном цикле нагружения по нормальным напряжениям:

у-1 = 0,43·уВ,

гдеуВ - предел прочности материала вала, МПа.

Принимаем материал вала - сталь 45 ГОСТ 1050-94 с предел прочности уВ= 589 МПа.

у-1 = 0,43·589 = 253,27 МПа.

Определяем предел выносливости материала вала при симметричном цикле нагружения по касательным напряжениям:

ф-1 = 0,6· у-1.

ф-1 = 0,6·253,27 = 151,96 МПа.

nу = 253,27/(2,3·29,12/0,85) = 3,2 МПа.

nф = 151,96/(2·7,7/0,7) = 6,9.

n = 3,2·6,9/(3,22+6,92)1,2 = 2,9 МПа.

Необходимый запас прочности обеспечен.

3.3.4 Расчёт подшипников качения

С учетом диаметра вала в месте посадки подшипника принимаем шариковый радиальный однорядный подшипник № 80204 закрытого типа (по ГОСТ 7242-81). У которого наружный диаметр D = 47мм, внутренний диаметр d = 20мм, динамическая грузоподъемность С = 12,7 кН, статическая грузоподъемность С0 = 6,2 кН.

Подбираем подшипник по динамической нагрузке, так как частота вращения кольца n > 1 об/мин.

Расчет эквивалентной нагрузки для подшипника 80204 осуществляем по следующей формуле /../:

Рэкв = V·Fr·Kб·Кт,(3.45)

гдеV- коэффициент, учитывающий какое кольцо вращается; при вращении внутреннего кольца V = 1;

Fr - радиальная нагрузка;

Кб - коэффициент безопасности, Кб = 1,2;

КТ - температурный коэффициент, КТ = 1,05.

Рэкв.А = 1? 1817,74 ? 1,2 ? 1,05 = 2290,35 Н;

Рэкв.В = 1·881,73·1,2·1,05 = 1110,98 Н.

По динамической грузоподъемности и наибольшей эквивалентной нагрузке определяем долговечность подшипника в миллионах оборотов:

L = (C/Pэкв)m,(3.46)

гдеm - показатель долговечности подшипника, для шариковых подшипников m = 3;

С - динамическая грузоподъемность, С = 12700 Н.

L = (12700/2290,35)3 = 170,49 млн.об.

Долговечность подшипника в часах определяется из выражения:

Ln = 106·L/(60·n),(3.47)

гдеn - частота вращения вала, мин-1. n =166,28 мин-1.

Ln = 106·170,49/(60·166.28) = 17088,65 ч.

Выбранный подшипник обеспечивает работоспособность при заданной нагрузке.

3.3.5 Расчёт шпоночного соединения

Промежуточный вал.

Шпонка призматическая с закруглёнными торцами. Размеры сечений, пазов и длина шпонки принимается по ГОСТ 23360-78. Материал шпонки сталь 45 ГОСТ 1050-94. Выбираем шпонку для вала диаметром d = 20 мм шириной b = 6 мм, высотой h = 6 мм, глубиной паза вала t = 3,5 мм /13/.

Рассчитываем длину шпонки из условия прочности на срез по формуле:

lр = 2·Т/(d·b·[фср]),(3.48)

гдеlр - рабочая длина шпонки, мм;

Т - крутящий момент на валу, Н·мм;

[фср] - допускаемое напряжение на срез материала шпонки, МПа.

lр = 2·47300/(20·6·70) = 11,3 мм.

Принимаем lр = 14 мм.

Проверка шпонки на смятие:

усм = 2·Т/(d· lр·(h-t)) [усм],(3.49)

гдеусм - напряжение смятия, МПа;

[усм] - допускаемое напряжение смятия, МПа.

усм = 2·47300/(20·14·(6-3,5)) = 135,1 > [усм] = 100-120МПа.

Выбранная длина шпонки не отвечает требованиям на прочность, поэтому рассчитаем длину шпонки из условия прочности на смятие:

lр = 2·Т/(d·(h-t)· [усм] ),(3.50)

lр = 2·47300/(20·(6-3,5)·120) = 15,77 мм.

Принимаем lр = 16 мм.

Полная длина шпонки найдется из выражения:

l = lр + b,(3.51)

l = 16 + 6 = 22 мм.

Расчет шпоночного соединения ведомого вала ведётся по аналогии с промежуточным валом.

Размещено на Allbest.ru