Модернизация культиватора КПС-4

(1011.3 kb.)

Доступные файлы (11):

Введение.

Земледелие — древнейшее занятие человечества. Связанные с ним орудия труда имеют многовековую историю развития и совершенствования. Объектом земледелия является почва.

Почва — поверхностный слой суши земной коры, обладающий

плодородием. Почва основное средство производства в сельском хозяйстве.

Поэтому чрезвычайно велика ответственность каждого поколения людей за ее состояние. По словам К. Маркса: «Даже целое общество, нация и даже все одновременно существующие общества, вместе взятые, не есть собственники земли. Они лишь ее владельцы, пользующиеся ею, и, как добрые отцы семейства, они должны оставить ее улучшенной последующим поколениям»^*. Однако предшествующие поколения распоряжались ею так, что к настоящему времени площадь почв, ранее плодородных, а теперь потерянных для сельского хозяйства, составляет 20 млн. км², что почти

в 1,5 раза больше, чем площадь пахотных земель в настоящее время (14,34 млн, км²). Для того чтобы сохранить почву, нужно знать ее физико-механические свойства и применять рациональные системы ее обработки, рациональные рабочие органы почвообрабатывающих орудий. Однако, как писал В. П. Горячкин:^** «Современное учение о почве дает, к сожалению, совершенно недостаточные указания о физических свойствах почвы, имеющих громадное значение для конструкции рабочих органов сельскохозяйственных машин. К таковым относятся величина частиц, трение, прилипание, влажность и связность… Все эти величины имеют, конечно, вспомогательное значение, но вместе с тем представляют основной фундамент, на котором должно покоиться построение рабочих органов сельскохозяйственных машин» .

Почва подвергается механической обработке. Основная цель механической обработки почвы — создание наиболее благоприятных условий для роста и

развития культурных растений и повышение ее плодородия. В любом технологическом процессе механической обработки, как указывал В. П. Горячкин, необходимо участие трех элементов: энергии, рабочего органа и объекта обработки — материала. В процессе механической обработки почвы рабочий орган машины или орудия (корпус плуга, диск или зуб бороны, лапа культиватора и т. п.), получая энергию от трактора или другого источника, воздействует на почву, в результате чего изменяет ее свойства и состояние.

Урожайность сельскохозяйственных культур во многом зависит от способа и качества механи­ческой обработки почвы, один из основных показа­телей которого — степень крошения. При использо­вании плугов и плоскорезов она изменяется от 35 до 70 % [1]. Однако, вероятность получения необходи­мого значения (80%) не превышает 20,4% из-за значительного варьирования физико-механических свойств почвы [2].

Второй важный показатель физического состоя­ния почвы — плотность,

___________

* Маркс К. и Энгельс Ф. Соч., изд. 2-е, т. 25, ч.II,с.337.

** Горячкин В.П. Собр. соч., т. 2, М.: Колос, 1968, с.189.

оптимальное значение ко­торой для обрабатываемого слоя чернозема в райо­нах возделывания озимой и яровой пшеницы состав­ляет 1,1…1,2 г/см³. Превышение этого значения или чрезмерная рыхлость приводит к снижению урожай­ности зерновых культур. Очень важно под каждую культуру создавать оптимальную плотность почвы за меньшее число проходов агрегата. Каждое после­дующее крошение почвенных комков связано с уве­личением энергозатрат на обработку [1, 3]. Они оп­ределяются главным образом видом разрушающих деформаций, который в свою очередь зависит от гео­метрических и технологических параметров, кине­матики рабочих органов и физико-механических свойств почвы. Из-за их непостоянства одни и те же орудия при обработке дают различный результат: в одном случае выходные параметры соответствуют требуемым показателям качества, в другом — нет.

Применяемые почвообрабатывающие орудия с пассивными рабочими органами имеют ограничен­ные возможности регулировки технологических па­раметров с учетом изменения условий работы и со­стояния почвы. В процессе эксплуатации орудия изменением лишь рабочей скорости и глубины об­работки незначительно можно оказывать влияние на показатели почвообработки.

Для достижения необходимого ее качества в за­висимости от исходного состояния почвы следует разрабатывать рабочие органы, имеющие возмож­ность изменять свои технологические и геометри­ческие параметры, то есть они должны быть адап­тируемыми, что позволяет оперативно управлять технологическим процессом обработки почвы. Для этого рабочие органы оборудуют дополнительными приспособлениями, позволяющими изменять их тех­нологические и геометрические параметры. Они дол­жны изменять свое положение относительно основ­ного для получения оптимального сложения пахотного слоя с учетом исходного состояния почвы (влаж­ности, плотности, задерненности и т.д.). Орудия с такими рабочи­ми органами позволят оперативно управлять качеством обработки поч­вы путем изменения степени их воз­действия на пласт, характера дефор­мации или траекторий движения частиц.

1 Литературный обзор и анализ разработки.

Культиваторы предназначены для поверхностного рыхления почвы (без оборачивания) и уничтожения сорной растительности. Их можно также использовать для внесения минеральных удобрений и нарезки поливных борозд.

По назначению культиваторы делят на паровые (для сплошной обработки), пропашные и специальные.

Паровые культиваторы используют при уходе за парами и подготовке почвы к посеву.

Весеннюю предпосевную культивацию почвы проводят через несколько дней после боронования на глубину заделки семян для уничтожения всходов сорняков и создания уплотненного ложа для семян. Неравномерность глубины обработки не должна превышать ±1 см. После культивации верхний слой почвы должен быть мелкокомковатым, а сорные растения полностью подрезаны. Дно борозды и поверхность поля после культивации должны быть ровными, высота гребней — не более 4 см. В процессе культивации нижние слои почвы не должны выноситься на поверхность.

Для лучшего выравнивания почвы и сохранения влаги сплошную культивацию паров и зяби сопровождают боронованием.

Пропашные культиваторы применяют при уходе за пропашными культурами, т. е. проводят междурядную обработку. С их помощью уничтожают сорняки, рыхлят почву в междурядьях и рядках с целью сохранения почвенной влаги, улучшения воздушного и пищевого режима растений, подкармливают растения. Междурядная обработка некоторых пропашных культур (например, картофеля) заключается в их окучивании.

Специальные культиваторы используют при уходе за такими культурами, как свекла, бахчевые, хлопчатник, а также за садами и чайными плантациями.

Рабочие органы культиваторов. Культиваторы снабжают набором сменных рабочих органов. Основные рабочие органы — плоскорежущие, универсальные и рыхлительные лапы.

Односторонние плоскорежущие лапы, или бритвы (рис. 1, а), предназначены для уничтожения сорняков. Плоская вертикальная щека 2 лапы предохраняет рядок культурных растений от присыпания почвой. Такими лапами можно обрабатывать междурядья с малыми защитными зонами (необработанными полосами почвы вправо и влево от оси рядка), равными 6…11 см. Лапы изготовляют право- и левосторонними шириной захвата от 85 до 250 мм для обработки междурядий различной ширины. Наряду с подрезанием сорняков односторонние плоскорежущие лапы рыхлят почву на глубину до 6 см. Угол установки плоскости лезвия к поверхности поля равен 15°

Стрельчатые плоскорежущие лапы хорошо подрезают сорняки и рыхлят почву на глубину 4. ..6 см без выноса нижних, более влажных слоев почвы на поверхность.

Стрельчатые универсальные лапы (рис.1,б) применяют для сплошной и междурядной обработки почвы на глубину до 14 см. Они хорошо подрезают сорняки и крошат почву, частично вынося более влажные слои на ее поверхность. Стрельчатые универсальные лапы отличаются от плоскорежущих углом крошения ?. У универсальных лап он равен 25.. .30°, у плоскорежущих — 12… 18°. Стрельчатые лапы изготовляют с углом раствора ? равным 60 или 70°, и шириной захвата 220. ..385 мм.

Долотообразные лапы (рис. 1, в) используют для рыхления почвы на глубину до 15 см. Их выполняют как единое целое со стойкой. Ширина захвата таких лап 20 мм.

Подкормочные ножи (рис.1,г) применяют для рыхления междурядий и заделки в почву удобрений на глубину до 16 см.

Рис. 1. Рабочие органы культиваторов:

а- полольная лапа; б-стрельчатая универсальная лапа; в— долотообразная рыхлительная лапа; г- подкормочный нож; д-лапа-отвальчик; е-корпус-окучник; ж — корпус-окучник с решетчатым отвалом; з -арычник-бороздорез; и-секция игольчатых дисков; к-звено прополочной боронки; л-ротационная боронка БРУ-0,7; м-щиток; 1-стойка; 2- щека; 3- лезвие; 4- раструб (воронка); 5-отнальчик; 6-крыло; 7-отвал; 8- наральник; 9- рама секции; 10-игольчатый диск; 11- пружина; 12- зуб боронки; 13- болт; 14-скоба; 15- рамка боронки; 16, 18- кронштейны; 17, 19- соответственно цилиндрический и конический барабаны; 20— поводок; 21— нажимная штанга.

Раструб 4 (воронку для подачи удобрений в почву) крепят к долотообразной лапе. Для заравнивания бороздки, которая остается после прохода подкормочного ножа, за ним устанавливают вторую рыхлителъную или прополочную лапу.

Лапы — отвалъчики (рис. 1, д) используют при междурядной обработке картофеля и других культур. Отвальчики 5 с острыми кромками подрезают сорняки и рыхлят почву на глубину до 6 см, перемещая ее в защитные зоны и засыпая ею сорняки. Такие рабочие органы применяют, когда растения малы для окучивания, а сорняки набирают силу.

Окучники (рис. 1е, ж) предназначены для нарезания гребней, уничтожения сорняков в междурядьях и засыпания сорняков в защитных зонах. Окучник состоит из наральника 8 и двустороннего отвала 7с раздвижными крыльями 6, на которых предусмотрены продольные регулировочные пазы. Регулируя положение крыльев на отвале, можно изменять расположение перемещаемой окучником почвы, т. е. изменять высоту ее гребня. Окучниками обрабатывают почву на глубину до 16 см. При этом высота гребней может достигать 25 см.

Арычник-бороздорез (рис.1,з) отличается от окучника наличием воронки 4для внесения минеральных удобрений. Его используют для нарезания поливных борозд глубиной до 20 см при междурядной обработке пропашных культур.

Игольчатые диски (рис.1, и) применяют для разрушения почвенной корки и уничтожения сорняков в защитных зонах. Для разрушения почвенной корки диски устанавливают так, чтобы выпуклая сторона игл погружалась в почву, а для уничтожения сорняков направление вращения изменяют. Иглы дисков входят в почву на глубину до 4 см и сдвигают поверхностный слой на 1.. .2 см. Диски изготовляют диаметром 350, 450 или 520 мм.

Боронки (рис. 1, к) используют для рыхления почвы в междурядьях и защитных зонах. Пружинные зубья крепят к рамке, которую для лучшего копирования рельефа шарнирно соединяют с грядилем секции культиватора.

На пропашных культиваторах устанавливают ротационные боронки БРУ-0,7 и защитные щитки для предотвращения засыпания растений в рядках разрыхленной почвой (рис. 1 л, м).

Для вычесывания корневищных сорняков в паровых или пропашных культурах устанавливают на пружинных стойках оборотные лапы, представляющие собой заточенные с двух сторон пластины шириной 45…60 мм.

Рабочие органы культиваторов крепят к стойкам, жестко или шарнирно соединенным с рамой.

Для сплошной обработки почвы используют культиваторы с жесткими стойками для крепления рабочих органов [КПС-4, КШУ-6 (12; 18), КРГ-3,6], с пружинными стойками (КШП-8, КПЗ-9,7), а также фрезерные культиваторы КФГ-3,6.
2 Агротехнические требования.

Предпосевная обработка почвы — одно из важнейших агротехнических мероприятий получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур. Основные ее задачи — разрыхлить верхний слой почвы на глубину посева семян, выровнять поверхность поля, обеспечить мелкокомковатое строение посевного слоя, создать уплотненное ложе на глубине заделки семян, уничтожить всходы сорняков, заделать внесенные минеральные удобрения, сохранить влагу в посевном и пахотном слоях, улучшить микробиологическую активность и пищевой режим почвы, создать условия для производительной работы сельскохозяйственных машин на посеве, уходе за посевами и уборке урожая.

Приемы предпосевной обработки почвы изменяются в зависимости от почвенно-климатических условий, рельефа местности, складывающихся погодных условий, особенностей выращиваемых культур, системы удобрений, характера засоренности полей, наличия вредите- лей, болезней и многих других условий конкретного хозяйства. Поэтому рациональная технологическая схема этой операции должна базироваться на научно обоснованной системе земледелия каждого колхоза и совхоза и ее главного звена — системы севооборотов. Предпосевную обработку дифференцируют в зависимости от вида возделываемых растений. Повышение культуры земледелия, внедрение в практику высокоэффективных гербицидов позволяют минимализировать ее приемы.

На основании изложенного выбор технологических процессов регламентируют технологической картой на возделывание сельскохозяйственных культур в зависимости от почвенно-климатических условий и состояния поля перед обработкой.

Для обеспечения требуемого качества предпосевной обработки комбинированными машинами необходимо знать и строго соблюдать агротехнические требования. Главный агроном хозяйства устанавливает сроки и продолжительность проведения предпосевной обработки почвы, необходимые комбинированные машины и агрегаты в соответствии с агротехническими сроками, сложившимися погодными условиями и размерами полей.

Предпосевную обработку почвы следует проводить перед посевом сельскохозяйственных культур.

В настоящее время считается допустимым уничтожение не более 10-15% стерни за один проход машины при обработке на глубину до 16 см и не более 15-20% при рыхлении на глубину до 30 см. Обработка почвы должна проводиться в установленные агротехнические сроки при оптимальной влажности. Допустимые отклонения средней глубины рыхления от заданной не должны превышать 1 см при обработке на глубину до 16 см и 2 см при глубине до 30 см, а колебания глубины по ширине захвата не должна превышать 4-5см. На стыках проходов и между лапами орудий допускаются валики высотой не более 5 си, а в местах прохождения стоек — борозды шириной поверку не более 15 см и глубиной не более 8 см. Корни сорных растений и падалицы необходимо полностью подрезать на глубине хода рабочих органов. Огрехи на стыке смежных проходов орудия не допускаются.

3 Причины выбора проектируемой машины

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

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

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

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

4 Описание конструкции

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

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

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

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

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

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

Рисунок 3. Рабочий орган культиватора:

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

9-поперечная втулка; 10-вертикальная штанга; 11-опорные втулки; 12-остов лапы; 14-лапа; 15-жесткий диск; 16-горизонтальный толкатель; 17- ползун; 18-вертикальный толкатель; 19-пазы; 20- кулисный камень; 21-петлевое соединение; 22-наральник.
К держателю стойки 1, прикрепленной болтами 4 к поперечной балке 5 культиватора, закреплена трубчатая стойка 3 с помощью ролика 6, сообщенной с подшипниками 8. Ролик 6 крепиться к держателю стойки 1 болтами 7. Трубчатая стойка 3 сообщена с держателем стойки 1 с помощью амортизационной пружины 2 (способ крепления палец со шплинтами). В нижней части трубчатой стойки 3 при помощи болтов 13 прикреплен остов лапы 12, на которую закреплены правая и левая стрельчатые лапы 14 благодаря шарнирному соединению в передней носовой части и пазовым креплением в средней части. Также в передней носовой части остова лапы 12 соединен наральник 22 петлевым способом 21, в его средней части, с верхней части наральника происходит регулирование с помощью вертикального толкателя 18. Во внутренних сторонах лапы 14 культиватора находятся пазы 19, по которому передвигается ползун 17, тем самым изменяя углы раствора, крошения и ширину захвата лапы.

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

Технологический процесс культиватора КСТ-3.8 происходит так:

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

5 Технологические расчеты

5.1 Расчет параметров лап

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

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

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

Угол ? следует выбирать таким, чтобы подрезание сорняков производилось

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

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

(1)

где ? — угол трения сорняка по лезвию.

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

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

угол ? должен быть ванию угла ?:

значительно меньше, чем предусмотрено а-резание со скольжением,

зависимостью(1). б-резание без скольжения.

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

Следует рассчитать необходимую величинуSизгиба и смещения сорняка, которое обеспечит заданное перекрытие лап.

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

(2)

где ∆в- перекрытие между лапами.

Вероятность выживания лишь поврежденного сорняка возрастает с уменьшением смещения S.

И выражения (2) видно, чтоS убывает с уменьшением перекрытия и угла ?.Определив рекомендуемое перекрытие, вычислим по выражению (2) величину смещения сорняка для проектируемого культиватора. Принимаем перекрытие между лапами ∆в=30мм. для угла ?₁=55⁰. А для угла ?₂=75⁰∆в=50 мм. Тогда смещение S₁будет равным: Рисунок 6. Определение

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

сорняка под воздействием лапы.

S₂=50/ cos (37,5 47.7)=131 мм

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

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

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

Количество сорняков на этом участке лезвия:
(3)

где ί- число сорняков на единице площади поля;

L- средняя линия трапеции;

h- высота трапеции АВСD.

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

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

также сопротивление сдвигу слоя почвы, налипшего на поверхности

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

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

в случае неперерезания их другими участками процесса динамического

лезвия. Выберем длин участка CD =∆l обволакивания сорняками

в соответствии с перекрытие лап: лезвия полольной лапы.

(4)

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

(5)

где d- средний диаметр стебля сорняка.

Для данного расчета можно принять d?4 мм.

Площадь трапеции, с которой сорняки собрались на участок ∆l

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

(6)

(7)

(8)

Учитывая равенство (3), можно проверить ширину захвата лапы, при которой
условия перерезания сорняков будут удовлетворительными даже на

концах крыльев:

(9)

Вычислим ∆h:

∆h₁=30*cos 47.7/sin27,5=45,941 мм,

∆h₂=30*cos 47.7/sin37,5=58,077 мм
Принимаем в₁=270 мм , тогда

А₁D₁=270/2cos(27,5 47,7)=448,944 мм

B₁C₁=448,944 30*0,707/0,4617-30*0,707*3,1716/0,46=348,644 мм

L₁= А₁D₁ B₁C₁/2

L₁₌448,944 348,644/2=398,794 мм

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

в?∆в₁ [ (2_* ί _* L_1*∆h₁)_* cos(? ?)_* sin ?/ ί_*∆в_1*cos?] (10)

тогда в₁ численно равен:

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

условие удовлетворяет, значит верно.

Теперь вычислим для угла ?= 37,5⁰

Принимаем в₂=330 мм, тогда

А₂D₂=330/2cos(37,5 47.7)=1264,1мм

B₂C₂=1264,1 (50*0,707/0,608)-(50*0,707*7,59/0,608)=880,95 мм

L₂= А₂D₂ B₂C₂/2

L₂₌1264,1 880,95/2=1072,525 мм

в₂?50 [ (2_* 1 _* 1072,525_*58,07)_* 0,1305_* 0,608/ 1_*50_*0,707]=279.58 мм

условие удовлетворяет, значит верно.

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

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

(11)

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

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

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

?=12-18⁰ и универсальные ?=25-30⁰.

Ширину крыла лапы обычно делают уменьшающей к концу.

Минимальная ширина крыла в₂=30-50 мм, а максимальная в₁=1,5 в₂
Принимаем минимальную ширину крыла в₂=50мм, тогда

в₁=1,5_* 50=75мм
Толщина материала ? выбирается в зависимости от ширины захвата: для универсальных ??0,03в тогда

??0,03_* 330=6,6мм.

Заточку лезвия принимаем комбинированной.

Рисунок 8. Комбинированный способ заточки лезвия лапы.

Для обеспечения устойчивости хода лап по глубине лезвие должно иметь

положительный задний угол резания ? ?10⁰в сечении крыла вертикальной плоскостью, перпендикулярной лезвию. По свойствам материала, применяемого для изготовления лап,

угол заострения ί не должен быть менее 12-15°. Передний угол

резания ?₀= ί ? =(12ч15⁰) 10⁰ = 22ч25⁰. Поэтому заточку лезвия принимаем комбинированной.

Угол ? , образуемый линией А’В’ с опорной плоскостью, может быть

Рисунок 9. Проекция стрельчатой лапы.
найден по формуле:

но
и

поэтому

(12)

Отрезок l, определяющий положение точки В’,равен

(13)

tg ? = tg 15* sin27,5=0,27*0,47=0,13 угол ?=7,4⁰

tg ? = tg 25* sin37,5=0,284 угол ?=15⁰

l₁=75*0.258/0,128=151 мм

l₂=57*0,422/0,258=122,64 мм

5.2 Обоснование схемы расстановки лап на раме

Расстановка лап на раме культиватора определяется тремя параметрами: величиной перекрытия ∆в если оно требуется по целям культивации , количеством рядов лап и расстоянием L между рядами.

Рисунок 10. К обоснованию размещения лап культиватора.

Для определения зон деформаций почвы воспользуемся методом проф. В.С.Жегалова пусть, например, лапа перемещается в почве, погруженная на глубину а_max(рис.7). Перед лапой область деформации будет ограничена прямой mn , расположенной под углом ? к проведенной через носок n лапы нормали nN. С боковых сторон область деформации ограничивается плоскостями, составляющими с направлением mn угол ?/2. ПО этим данным на поверхности почвы ширина В полосы деформации определится величиной

где

отсюда

(14)

В этих расчетах следует принять а_max=120мм

?=47,7⁰ ??50 тогда

В_пер1=270 (2*120* tg25/cos 55,1)=466мм

В_пер2=330 (2*120* tg25/cos 55,1)=526мм

В_зад1=329,27 (2*120* tg25/cos 62,7)=573мм

В_зад2=402,44 (2*120* tg25/cos 62,7)=646мм

Учитывая, что перекрытие ∆в определено ранее, здесь следует вычислить расстояние между соседними бороздами

(15)

с=0,5(270 330)-30=270мм

с=0,5(330 400)-50=315 мм

и перекрытие зон деформации

(16)

∆В=0,5(466 573)-270=250мм

∆В=0,5(526 646)-315=271мм

Что касается расстояния l, между рядами, то оно определяется из условия свободного выхода опережающей трещины в обрабатываемом слое на поверхность почвы без помех со стороны впереди стоящих лап, В этом случае значительно уменьшается вероятность забивания рабочих органов почвой и сорняками. Это условие выполняется при

(17)

(18)

Подставив формулу (18) в формулу (17) получим

(19)

l₀= l₁*cos ?=151*0,992=150мм

l=120* tg(15 47,7)=233мм, тогда

L?233 150=383 мм входит в пределы L=350…550 ([4] стр 123)

значит верно

5.3 Расчет общего тягового сопротивления культиватора

Этот расчет начинается с определения сил, действующих на лапы переднего и задних рядов в соответствии с их шириной захвата глубиной обработки и типом почвы.

общем виде тяговое сопротивление одной лапы вычисляется по удельному сопротивлению q, и ширине захвата в

(20)

Где q — удельное сопротивление почвы, Н/мм;

в- ширина захвата лапы, мм.

Удельное тяговое сопротивление стрельчатых лап с шириной захвата 250-330мм отечественных культиваторов при скорости движения 6 км/ч приведено в табл. 1.

Таблица1. Удельное сопротивление стрельчатых культиваторных лап

При увеличении скорости движения культиватора на 1 км/ч (свыше 6 км/ч)сопротивление лап увеличивается на 10 %

Рисунок 11.Схема действия силы R_xz сопротивления почвы на лапу.

Принимаем q=2,4 Н/мм, так как предпосевная обработка 12 см. Выбираем ширину захвата максимальную в=330 мм.

Однако сопротивление лап переднего ряда превышает сопротивление лап заднего ряда (с той же шириной захвата) примерно в два раза. Это необходимо учитывать при определении тягового сопротивления отдельной лапы.

(21)

(22)
Тяговое сопротивление лап определяется по аналогии с выражением (20):

(23)

(24)

Помимо тягового сопротивления, на лапу действует еще вертикальная сила сопротивления почвы R_z. (рис.8).

Коэффициент m=tg? характеризующий отношение величины вертикальной слагающей сопротивления лапы R_z к горизонтальной R_х, в зависимости от остроты лезвия, твердости почвы и глубины обработки может изменяться в широких пределах и иметь как положительное, так и отрицательное значение. Отрицательное значение угла ? появляется при твердых сухих почвах и затупленном лезвии.

При глубине хода 10—12 см, что соответствует средней влажности почвы и острому лезвию ?=22-28⁰. Принимаем ?=25⁰

q_пер=1,33_*3,8=5,05 Н/мм

q_зад=0,67_*3,8=2,546 Н/мм

Вычисляем для переднего ряда культиватора R_{хz пер} :

R_{хz пер}=q_пер* в_пер*cos 25=5,05_*330_*0,906=1511 Н

Вычисляем для второго и третьего рядов культиватора R_{хz зад} :

R_{хz зад}=q_зад* в_пер*cos 25=2,546_*400_*0,906=929 Н

Положение точки пересечения направления силы R_хz характеризуется размером h, который зависит от глубины обработки:

h=(0,5ч0,3)* а (25)

h=0,5* 120=60 мм
Общее тяговое сопротивление культиватора рассчитывается по формуле:

Р= R_{хz пер*}n R_{хz зад*}n R_{хz зад*}n (26)

где n- количество лап в ряду

Так как на первом ряду количество лап n= 5 шт,

На втором ряду- n= 5 шт,

На третьем — n= 4 шт, то общее тяговое сопротивление будет:

Р= 1511_*5 929_*5 929_*4= 15916Н

Принимаем тяговый класс трактора 30 кН. В частном случае возьмем трактор марки Т-150К.

6 Конструктивные расчеты.

6.1Расчет подшипников.