Проект бурякозбирального комбайна з конструктивною розробкою вібраційного лемішного копача

Вступ

Становлення ринкових відносин і різноманітних форм власності на засоби виробництва вимагають нового якісного підходу до вирішення проблем сільського господарства. Однією з основних проблем є зміщення строків збирання буряка, коли внаслідок вологості ґрунту знижується технологічна і технічна надійність збиральних машин, зменшується їх продуктивність.

В роки засухи різко підвищуються втрати коренеплодів в результаті їх обриву в ґрунті, погіршується очистка коренів від ґрунту.

Механізовані процеси збирання цукрового буряка представляють собою складний комплекс технологічних і виробничих операцій, які включають в себе викопування, обрізку і очистку, збір, укладання, завантаження і транспортування коренів і гички. Процеси збирання вказують визначний вплив на основі агротехнічної характеристики врожаю, конструкції робочих органів і компоновочно-технологічної схеми бурякозбиральної машини.

Виходячи із способів використання продуктів врожаю цукрового буряка як сировини для виробництва цукру і кормів для тварин, бурякозбиральні машини повинні забезпечувати:

а) збирання гички і коренеплодів одночасно або роздільно в стислі календарні строки;

б) отримання якісної сировини і кормів без ручної праці і при цьому відходи в зрізаних головках не повинні перевищувати 3%, а інші втрати — 2%, забрудненість — 10%, пошкодження коренеплодів повинно бути не більше 10%;

в) високу технологічну надійність і агротехнічну ефективність;

г) необхідну універсальність з точки зору можливого примінення різних варіантів механізованих процесів збирання буряка в залежності від умов;

д) зниження, за рахунок спрощення конструкції, питомої металоі енергоємності, підвищення загальної надійності виробничих процесів.

В Україні для збирання буряка використовують коренезбиральну машину КC-6Б. На основі цієї машини розробимо викопуючий робочий орган лемішкового типу вібруючої дії.

1. Вимоги до машини, що проектується і умови її експлуатації

1.1 Призначення машини і вихідні вимоги

Машина коренезбиральна самохідна КС-6Б призначена для збирання коренів цукрового буряка, посіяного з шириною міжряддя 45 см. Гичку попередньо зрізують і прибирають спеціальною машиною БМ-6А.

Машина КС-6Б може працювати практично в різних умовах, але висока якість і задана продуктивність досягаються при нормальних ґрунтопогодніх умовах, достатньо високій культурі землеробства і врожайності буряків від 200 до 600 ц/га.

Найбільш вигідними є вологість ґрунту не вище 25% і твердість ґрунту в горизонті 0−20 см не вище 28 кг/см.

Поле цукрового буряка повинно бути вирівняне і чисте від бур’янів; рядки буряка повинні бути прямолінійними; ширина міжрядь повинна бути точно витримана, а відхилення коренів від осьової лінії рядка не повинна перевищувати 3 см.

Дослідами доведено, що найбільший врожай цукрових буряків з максимальним вмістом цукру забезпечується при збиранні їх у період технічної стиглості, коли прирости маси коренеплодів і цукру вже невеликі чи зовсім припиняються і починається значне відмирання листової поверхні. Збирання цукрових буряків в більш пізні терміни вигідні не тільки в зв’язку з збільшенням урожаю і поліпшенням технологічних показників. Коренеплоди пізніших строків збирання найпридатніші для тривалого зберігання. Аналіз погодних умов у районах бурякосіяння України показує, що стійкий перехід температур нижче 5 °C настає в період 26 — 31 жовтня. Тому 25 жовтня потрібно вважати терміном завершення збирання цукрових буряків. Початок збирання — 15 вересня.

Сучасні виробничо-технічні вимоги, що пред’являються до бурякозбиральних машин визначаються загальними тенденціями переведення процесів виробництва цієї культури на промислову основу, специфічними агробіологічними властивостями вирощування цукрового буряка, обумовленими зміною сортів, широким впровадженням точного посіву, застосуванням хімічних засобів боротьби з бур’янами.

Важливою вимогою є досягнення максимального кінцевого народногосподарського ефекту, що передбачає взаємокомпромісну ув’язку показників роботи комплексу машин для догляду цукрового буряка, збирального навантажувального транспортного і переробного комплексів по експлуатаційним, агротехнічним і економічним критеріям.

В зв’язку з об'єктивним погіршенням рівномірності розподілу коренеплодів в рядку, яке визнане зменшенням норм висіву і механізованим формуванням насаджень, цілеспрямовано пристосувати бурякозбиральні машини для збирання цукрових буряків з підвищеним вирівнюванням її агротехнічних характеристик.

В цей час індустріальні методи збирання цукрового буряка, що розвиваються пред’являють до бурякозбиральних машин вимоги по збільшенню продуктивності, якості, технологічної надійності машин і комплексів, робочих органів і процесів, а також забезпечення в залежності від ґрунтових та природних умов, що склалися.

Враховуючи довгі строки зберігання і переробки буряка, цукровою промисловістю, повністю обґрунтовано висуваються вимоги до підвищення якостей коренеплодів, головним чином до їх обрізки, зниження забрудненості гичкою, землею і зменшення пошкоджень, виконання яких дозволяло б знизити втрати цукрового буряка в два рази.

Виходячи із способів використання продуктів врожаю цукрового буряка як сировини для виробництва цукру і кормів для тварин, бурякозбиральний комбайн повинен забезпечувати:

— збирання коренеплодів в стислі календарні терміни;

— кількість коренів, що залишились в ґрунті після проходу комбайна не повинно перевищувати 1%, а втрачених на його поверхні - 6%. Загальна забрудненість цукрового буряка, що зібраний поточним або перевалочним способом не повинна перевищувати 12%, в тому числі рослинної маси в буряковому ворсі може бути не більше 3%;

— відходів цукристої маси в зрізаних головках коренів повинно бути не більше 5% по масі коренів з пошкодженими глибокими шарами тканини не більше 12% по масі, діаметр обриву повинно бути не більше 3%. Зібрані корені повинні бути придатними для здачі на цукровий завод без ручної доочистки [6];

— високу технологічну надійність (не нижче 0,96) і агротехнічну ефективність в широко варіюючи природних кліматичних умов (при різній врожайності, параметрах посадки, фізичному стані ґрунту і гички, забрудненості полів), в тому числі при екстремальних умовах (при вологості ґрунту 26 — 30% або твердості 290 — 580 Н і врожайності 450 — 700 ц/га);

— необхідну універсальність з точки зору можливості застосування різних варіантів механізованих процесів збирання буряка в залежності від природно-виробничих умов, що склалися;

— інтенсифікацію процесів збирання буряка за рахунок зниження жорстких технологічних обмежень робочих швидкостей і пропускної здатності бурякозбиральної машини;

— зниження за рахунок спрощенню конструкції питомої металоі енергоємності, підвищення загальної надійності (коефіцієнт готовності не нижче 0,94). Ресурс до капітального ремонту не менше 3-х років;

— конструкція машини повинна бути зручною для обслуговування, регулювання, проведення технічного обслуговування, очищення, ремонту;

— рух по полю так, щоб не залишати не викопаних буряків. Копачі повинні бути відрегульованими на ширину міжрядь 450±3 мм. Оптимальною глибиною підкопування коренів слід рахувати мінімальну глибину (5−8 см), при якій забезпечується повний підбір коренів. Максимальна глибина ходу лемешів до 12 см.

— в порівнянні з аналогом, комбайн повинен забезпечувати зниження металоємкості, зниження затрат праці на його обслуговування. Термін окупності не більше 3 років;

— особливого значення набувають питання збільшення загального інженерно-технічного рішення конструювання бурякозбиральних машин;

— складні вимоги носять комплексний характер і визначають широке коло задач конструктивного і загально — організаційного характеру, що об'єднуються в загальну проблему вдосконалення компоновочно-технологічних схем, робочих органів і інших конструктивних елементів бурякозбирального комбайна.

1.2 Формулювання вимог технічного завдання на проектування машини

Розробляється самохідна коренезбиральна машина, що виконує наступні операції: викопування коренів, очищення їх від домішок, завантаження коренів в транспортний засіб.

Бурякозбиральний комбайн придатний для використання в усіх природно-кліматичних зонах країни, але переважно в зоні Лісостепу, Полісся і Степу. Комбайн є самохідний, його робочі органи приводяться в дію від двигуна СМД-64 експлуатаційна потужність якого 110 кВт.

Даний комбайн розробляється з метою підвищення продуктивності праці, зменшення капітальних витрат, покращення виконання технологічних операцій, зменшення затрат ручної праці.

Комбайн повинен відповідати вимогам безпеки викладеним по ГОСТІ 12 042;79.

Загальні вимоги безпеки

1. Місця страховки машини повинні бути позначені по ГОСТ 14 192–77.

2. Всі частини, що обертаються або рухаються повинні бути захищені кожухами.

3. Рівень шуму на робочому місці не більше 85 дБл.

4. Всі випробовування, регулювання, налагодження, механізмів повинні проводитись при повній зупинці машини. Машина повинна відповідати: конструктивному рішенню; технології виготовлення матеріалів, що використовуються, особливо тих, що в контакті з людиною; рівню художнього конструювання. Ергономічні показники охоплюють зручністъ монтажу, застосування засобів механізації, зручність управління, фактору робочого середовища (рівень шуму, вібрації, загазованості, запиленості, вологості, освітленості), якість документації (повнота і якість викладення).

Самохідний комбайн повинен бути патентно чистим по країнах СНД, Заходу і США.

Усі матеріали і комплектуючі вироби по найменуваннях і марках повинні відповідати закладеним в технічну документацію на бурякозбиральний комбайн ГОСТ іншим інформативним документам. Матеріали, які використовуються для виготовлення самохідного бурякозбирального комбайна, повинні відповідати діючим стандартам міністерства транспортного і с/г машинобудування. Ведучі і керуючі колеса повинні обертатись на своїх осях вільно, органи керування повинні діяти легко і вільно під дією зусилля руки.

Гальмівна система повинна бути заправлена гальмівною рідиною. Болти кріплення редукторів з різьбою М12 повинні бути розтягнені динамометричним ключем з різьбою М18−80…100 Н•м.

Дляі мащення вольниць і поверхонь тертя необхідно використовувати солідол ГОСТ 3 86−76. Для редукторів необхідно використовувати масло ТМ15-ЭФО ТУ38.101.521−75. Вироби і матеріали, що застосовуються, повинні відповідати вимогам не нижче 1-ї категорії якості.

Комбайн повинен працювати посезонно при оптимальних температурах середовища і вологості повітря до 96%. Якісній роботі машини не повинні переш: оджати опади і розтікання ґрунту.

Для бурякозбиральної машини повинні бути встановлені наступні види технічного обслуговування: щоденне технічне обслуговування, ТО-1, ТО-2, після сезонного ТО. Трудомісткість щозмінного технічного обслуговування не повинна перевищувати 0,5 люд.-год. Час готовності бурякозбирального комбайну для використання після транспортування і зберігання визначається часом необхідним для проведення монтажу, налагодження; випробування під навантаженням не повинне складати більше 7 люд. — днів.

На бурякозбиральному комбайні повинно бути нанесено товарний знак підприємства-виготовлювача, або назва підприємства, назва марки і порядковий номер самохідного бурякозбирального комбайна по системі нумерації підприємства-виготовлювача, рік і місяць випуску. Порядковий номер і рік випуску наносяться ударним способом. Монтажне маркування повинне відповідати ГОСТ 24 444–80.

Перед упаковуванням всі оброблені і не пофарбовані поверхні збірних одиниць і складових частин повинні бути покриті консервуючим мастилом по ГОС Г 9104−78 і загорнуті в папір по ГОСТ 9589–79. Кріпильні вироби повинні бути вкладені в пакет по ГОСТ 10 354–81. Технічна документація повинна бути запакована у водостійкий матеріал по ГОСТ 10 354–85 і розміщена у ящику. На кришці ящика надпис «Документація». Комбайн можна доставляти до користувача залізничним, або буксируванням. При виконанні навантажувально-розвантажувальних робіт слід використовувати підйомний кран.

Швидкість транспортування способом буксирування на прямих відрізках доріг 7 км/год., на поворотах — 3 км/год.

Збереження комбайна по ГОСТ 7751–79 в закритих приміщеннях або під навісом. Допускається зберігання на відкритій площадці.

При короткочасному зберіганні (до 90 днів) зберігати комбайн комплексно без розбирання. При цьому відкриті поверхні найбільш відповідальних механізмів і робочих органів законсервувати у відповідності, з вимогами ГОСТу 9.014.78. При довготривалому зберіганні (більше 3-х місяців) ослабити привідні ремені, законсервувати поверхні найбільш відповідальних механізмів по ГОСТу 9.014.78. Комбайн встановити на підставках, а тиск повітря в шинах зменшити до 0,1…0,15 МПа.

Самохідний бурякозбиральний комбайн повинен включати наступні вузли: енергетичний засіб, ходову систему, систему автоматичного керування, завантажувальний пристрій.

Габаритні розміри самохідного бурякозбирального комбайна не повинно перевищувати: довжина в робочому і транспортному положенні 6950 мм; ширина в робочому положенні - 4850 мм; ширина в транспортному положенні - 3350 мм; висота в робочому положенні - 3700 мм; висота в транспортному положенні - 3800 мм; маса бурякозбирального комбайна не повинна перевищувати 9200 кг. Усі вузли бурякозбиральної машини повинні комплектуватись запасними деталями.

Комплект інструментів і пристроїв повинен бути достатнім для проведення збирання бурякозбирального комбайна.

Конструкція самохідного бурякозбирального комбайна повинна забезпечувати: продуктивність 1,35 — 2,43 га/год. при робочій швидкості руху 3,27 — 7,7Н км/год., ширину захвату 2,7 м, виконувати за один прохід шість рядків коренів цукрового буряка.

Конструкція самохідного бурякозбирального комбайна повинна забезпечувати якість виконання технічного проекту: кількість коренів, що залишилися в землі після проходження машини не повинна перевищувати 1%, а втрачених на її поверхні 6%. Загальна забрудненість цукрового буряка, що зібраний поточним чи перевалочним способом не повинна перевищувати 12%, в тому числі рослинної маси в буряковому ворсі може бути не більше 3%.

Відходів цукристої маси в зрізаних головках коренів повинна бути не більше 5% по масі, коренів з пошкодженими глибокими шарами тканини — не більше 12% по масі. Діаметр обриву хвостової частини кореня повинен бути не більше 1 см. Коренів з більшим діаметром обриву повинно бути не більше 3%.

1.3 Вихідні дані для проектування і розробки конструкції машини

У більшості бурякосійних господарствах країни цукрові буряки збирають потоковим, перевалочним і потоково-перевалочним способами без ручної доочистки коренів з одиночним збиранням гички при груповому використанні збиральних, навантажувальних і транспортних засобів. Це дозволяє значно знизити затрати праці, а також підвищити валовий збір і якість цукрової сировини.

При поточному способі збирання корені і гичка збиральними машинами подаються на ходу в транспортні засоби. Корені відразу доставляють на бурякозбиральний пункт, а гичку відвозять до місця силосування або згодовування.

При перевалочному способі корені із збиральних машин подають в транспортні самохідні причепи і вивозять до місця тимчасового їх кагатування в межах поля, а потім при появі вільного автотранспорту доставляються на бурякозбиральні пункти.

Поточно-перевалочний спосіб збирання об'єднує два попередніх: частина коренів безпосередньо від збиральних машин вивозиться на бурякозбиральні пункти, а решту вкладають самоскидами в тимчасові польові кагати. Його як правило застосовують при недостатньому забезпеченні господарств автотранспортом. Поточно-перевалочний спосіб дає можливість збільшити виробництво збиральних агрегатів за рахунок своєчасного відвезення коренів.

Групове використання машин при поточно-перевалочному способі збирання дозволяє оперативно маневрувати технічними засобами при поломках, вимушених зупинках збиральних агрегатів, а також організовувати централізоване обслуговування і ремонт техніки.

Гичкозбиральна машина БМ-6А попередньо зрізує гичку і завантажує у транспортні засоби.

Технологічний процес роботи проектованої машини наступний.

За допомогою автомата керування або вручну передні колеса машини направляються точно по центру міжрядь буряка. Завдяки цьому встановлені під кутом один до одного робочі органи лемішкового типу охоплюють корені з обох сторін, заглиблюються на необхідну глибину завдяки коливальним рухом в вертикальній площині інтенсивно деформують шар ґрунту і очищують коренеплоди від землі. Потім завдяки біроту перекидаються буряки на шнековий очисник. Під дією шнеків, які обертаються з різною швидкістю.

Передавальний бітер сприяє кращому заповненню між скребкового простору елеватора і тим самим — підвищенню його продуктивності. Елеватор подає корні в бункер звідки вони стрічковим транспортером передаються на вивантажувальний елеватор, який подає корені в кузов транспортного засобу, що рухається поряд. Для заміни транспортних засобів на ходу передбачена можливість короткочасної (на 20−30 с) зупинки стрічкового транспортера і завантажувального елеватора. При цьому корені накопичуються в невеликому бункері. Після зміни транспортного засобу всі механізми знову включені в роботу.

Проектована машина може використовуватись на всій території України, але переважно у західній області у районах великого бурякосіяння.

До західного лісостепу України входять лісостепові райони Волинської, Рівненської, Львівської, Тернопільської, Івано-франківської, Чернігівської областей.

Найкращими ґрунтами, які поширені в цій зоні є чорноземи (глибокі мало гумусові, неглибокі помірно гумусові, опідзолені). Вони мають значні запаси поживних для рослин речовин, їм властива висока біологічна активність. Ступінь насичення основами високий — 85−92%. На рухомі сполуки фосфору небагаті, тому потребують насамперед фосфорних добрив, з яких найефективнішим є суперфосфат.

Врожаї цукрових буряків на цих ґрунтах вищі, ніж на інших. В цій зоні поширені також перегнійно-карбонатні ґрунти, сформовані на крейдяному марганці. Вони містять 2,5−5,5% перегною, мають лужну реакцію, але характеризуються незначною товщиною гумусного шару (не більше 50 см).

Поширені в цій зоні також темно-сірі, сірі, світло-сірі ґрунти. Темно-сірі ґрунти за механічним складом легкосуглинкові, містять 2−4% гумусу. Краще від інших опідзолених ґрунтів забезпечені рухомими формами поживних речовин.

Кліматичні умови.

Кліматичні райони бурякосійних районів західної України сприятливі для вирощування цукрових буряків. Клімат в цілому помірно-континентальний з м’якою малосніжною зимою, порівняно тривалою весною, дощовим літом та теплою сонячною осінню. В Західному Лісостепу без морозний період триває приблизно 230−240 днів. Температура середньої річки становить +7°С у північній частині і 8 °C у південній. В середньому за рік випадає близько 700 мм опадів. Найтепліші місяці липень і серпень, хоча температура повітря і в ці місяці невисока. В кінці жовтня вона знижується, що затримує вегетацію рослин. В другій половині грудня тут наступає зима із сніговим покривом 18−26 см.

Урожайність коренів цукрового буряка 250−550 ц/га, гички 240−445 ц/га.

Бурякозбиральний комбайн використовується з 15 вересня по 25 жовтня. Середня кількість опадів за період використання машини 52 мм.

Бур’яни:

· Осот польовий — посівами цукрового буряка наносить шкоду як засмічувач і приманка для довгоносиків;

· Пирій повзучий — один з найбільш шкідливих розповсюджених бур’янів. Сильно осушує ґрунт.

· Хвощ польовий — надає перевагу вологим кислим ґрунтам; сильної шкоди завдають також такі бур’яни як редька дика, Ромашко не пахуча, гірчиця польова.

До моменту збирання цукровий буряк має потовщений конусоподібний головний корінь від якого відходять в сторону (25−30 см) дрібні корені. Основна маса цукру (95−97%) сконцентрована в тілі буряка. Нижня хвостова частина головного кореня входить глибоко в ґрунт і при збиранні, як правило, обривається на діаметрі 8 — 10 мм і залишається в землі.

Матеріал коренеплоду — крихкий, анізотропний, неоднорідний по довжині і поперечному січенні. Поблизу хвостової частини (діаметр 10 — 30 мм) коренеплід менш крихкий і при навантаженні виявляються помітні ознаки пластичної деформації. В цій частині коренеплоду тимчасовий опір матеріалу і критичні кути згину значно більші, а жорсткість на згин менша чим в основної.

Головка кореня цукрового буряка може розміщуватись як нижче рівня (до 30 мм) ґрунту, та і вище його (до 80 мм і більше). Маса кореня цукрового буряка обумовлюється його розмірами і варіюється в широких межах від 0,4 до 0,8 кг.

Сильного пошкодження корені отримують при падінні з висоти більш 1,5 м, що відповідає швидкості співударяння 5,4 м/с. Підкопування коренів, при якому розрихлюється ґрунт різко знижує силу витягування його із ґрунту. Характеристики цукрового буряка приведені в табл. 1.1.

Таблиця 1.1. Усереднено розмірно-вагові і механічні характеристики цукрового буряка

Аналогом проектованої машини є бурякозбиральний комбайн КС-6Б. Основні показники комбайна КС-6Б приведені в таблиці 1.2.

Таблиця 1.2

Для збирання цукрового буряка необхідний комплекс машин, в які входять наступні машини: гичкозбиральна машина БМ-6А, бурякозбиральний комбайн, навантажувач СПС — 4,2, а також транспортні засоби для перевезення основного і побічного врожаю.

Тому для проектування бурякозбиральної машини слід врахувати характеристику машин, що утворюють єдиний комплекс для збирання цукрового буряка.

Характеристика машини для збирання цукрового буряка приведена в таблиці 1.3.

Таблиця 1.3

2. Обґрунтування параметрів машини

2.1 Розрахунок продуктивності викопувального органа

Для ефективної роботи бурякозбирального комбайна, необхідно, щоб продуктивність викопувального пристрою зокрема коренезабірника коренеплодів була більшою або рівною за продуктивність самого комбайна.

Це можливо, коли швидкість коренезабірника рівна або більша за максимальну швидкість агрегату.

Q_k = 0,1 • A_k • B_M • V_M, т/год (2.1)

де А_к — урожайність коренеплодів, т/га, А_к = 45 т/га;

В_м — ширина захвату машини, м, В_м = 2,7 м;

V_M — швидкість руху машини, км/год, V_М = 7,2 км/год.

Підставивши значення у формулу (2.1.) отримаємо

Q_K = 0,1 • 45 • 2,7 • 7,2 = 87,48 т/год.

Продуктивність коренезабірника визначається за формулою:

Q_c = 0,1 А_КВ_МV_Н max, т/год (2.2)

V_{Н max} — максимальна швидкість руху бурякозбирального комбайна.

V_Hmax? Rщ (2.3)

щ — кутова швидкість коренепідбирача, с-¹;

R — радіус руху шатуна, м.

Q_c = 0,1A_KB_MRщ, т/год (2.4)

З формули (2.4) випливає, що

(2.5)

щ = 1,57 с ^-1.

2.2 Теоретичне обґрунтування геометричних параметрів викопуючих органів

При проведенні розрахунків геометрії них параметрів лемешів ставилися наступні вимоги: вісь коренеплоду повинна зберігати положення перпендикулярно до осі рядка або максимально наближено, при такому положенні виключається необхідність в силах підпору ґрунту. Цей фактор дозволить виключити негативний вплив стану ґрунту на якість роботи копачів. В процесі витягування коренеплоду потрібно забезпечити виконання двох функцій: розрізання пласта ґрунту різальною кромкою і порушення зв’язків системи «ґрунт — коренеплід»

Для ефективної роботи викопувального органу, потрібно щоб всі його елементи працювали злагоджено, щоб не створювалися затори на лемішах. Також потрібно спроектувати так щоб в руслі копача у вертикальному напрямку переміщуватися могло лише вертикально стояче тіло, що нагадує форму коренеплоду. Тому частини ґрунту, утворення яких можливе при дії на нього копача, в зону дії захоплюючого пристрою не попадали.

Визначення довжини леміша:

(2.6)

де l — відстань між коренеплодами, l = 180…350 мм;

d_k — діаметр коренеплоду, d_k = 67… 122 мм;

— повздовжнє зміщення коренеплоду по осі рядка.

L = 240 + + 2 • 5 = 312,5 мм Викопувальний орган складається з двох частин: передні частини копачів розрихлюють грунт, руйнують зв’язки коренеплоду і ґрунту, а задніми частинами захоплюють коренеплід і виконують викопувальну функцію. Враховуючи фактори, які можуть впливати на ці процеси, визначимо наступні параметри.

Відстань між передніми крайніми точками лемешів:

L_n = d_k + 2 • + 2 • m; (2.7)

де d_k — діаметр коренеплоду, d_k = 67… 122 мм;

— поперечне зміщення коренеплоду від осі рядка, (можливе зміщення до 60 мм);

m — можливе зміщення копача.

L_n = 85 — 2 • 30 + 2 • 15 = 175 мм Відстань між задніми крайніми точками лемешів:

L_З = d_k — 2 •, (2.8)

де d_k — діаметр коренеплоду, d_k = 67 … 122 мм;

— горизонтальне зміщення крайніх точок максимального діаметру коренеплоду.

Де визначається по формулі:

(2.9)

де — кут конусності коренеплоду, = 12^о;

— відстань між центром ваги коренеплоду і задніх крайніх точок лемешів, = 10 мм.

L_З = 89 — 2 • 1,06? 87 мм, Повне вертикальне переміщення коренеплоду під час викопування визначається по формулі:

S = c_О + n +; (2.10)

де с_О — початкова відстань між центром ваги коренеплоду і поверхнею ґрунту;

n — висота між поверхнею ґрунту та задніми крайніми точками лемешів, п = 60 мм.

В свою чергу с₀ визначимо з табличних даних:

с_О =c_p — h_k; (2.11)

де с_р — координата центра ваги коренеплоду;

h_k — висота коренеплоду над рівнем ґрунту.

с_О = 94 — 30 = 64 мм

S = 64 + 60 + 10 = 134 мм.

При визначенні ширини леміша враховуємо конуcність коренеплоду та його довжину і визначаємо по формулі:

(2.12)

де — кут конусності коренеплоду, =12°;

— довжина коренеплоду, = 200 мм.

В формулі (2.13) визначаємо поперечне зміщення передніх крайніх точок леміша:

; (2.13)

Кут між осями рядка та леміша:

; (2.14)

.

2.3 Кінематичний розрахунок

Для визначення діаметру привідної зірочки вала коренезабірника проведемо кінематичний розрахунок ланцюгової передачі. Проектний розрахунок Визначаємо крок ланцюга р, мм:

(2.15)

де М_кр = 7,74 Н•м — крутний момент на ведучій зірочці;

К_э — коефіцієнт експлуатації, який представляє собою добуток коефіцієнтів, які враховують різні умови роботи передачі таблиця 5.7. [12]

К_Э = К_Д К_С К_х К_рег К_р (2.16)

Отже, К_Э = 1 • 1,5 • 1,25 • 1,25 • 1 = 1,875;

z₁ — число зубців ведучої зірочки

z₁ = 29 — 2u (2.17)

де u — передавальне число ланцюгової передачі, яке визначається за формулою:

(2.18)

Отже, z₁ = 29 — 2 · 1,05 = 24,8

приймаємо z₁ = 25.

[р_Ц] - допустимий тиск в шарнірах ланцюга, Н/мм², його можна визначити по швидкості ланцюга, м/с. ст. 91;

v — число рядків ланцюга. Для однорядних ланцюгів типу ПР v = l.

Отже,

Отримане значення кроку р округлюємо до найближчого стандартного по таблиці К32. Отже, р приймаємо 19,05.

Визначити число зубців веденої зірочки:

z₂ = z₁ · u (2.19)

Підставивши,

z₂ = 25 · 1,05 = 26,5

Отримане значення z₂ округлити до цілого непарного числа.

Тобто z₂ = 27.

Визначаємо фактичне передавальне число u_ф і перевіряємо його відхилення ?u від заданого u:

(2.20)

Підставивши, отримаємо:

; (2.21)

Звідси Визначити оптимальну між осьову відстань а, мм. З умови довговічності ланцюга а = (30…50) р, де р — стандартний крок ланцюга.

Тоді, — міжосьова відстань в кроках.

Визначаємо число ланок в ланцюзі 1_р:

; (2.22)

Звідси

.

Отримане значення округлюємо до цілого l_p= 86.

Визначити довжину ланцюга l, мм:

l = l_р • р; (2.23)

підставивши отримаємо:

l = 86 • 19,5 = 688 мм.

Визначаємо діаметр зірочок, мм.

Діаметр ділильного кола:

Ведучої зірочки веденої зірочки

Діаметр виступів ведучої зірочки

.

Діаметр виступів веденої зірочки

де К = 0,7 — коефіцієнт висоти зубця;

К₇ — коефіцієнт числа зубців.

В силовій схемі ланцюгової передачі можна розрізнити F₁ і F₂ — відповідно ведучої і веденої вітки ланцюга, Н;

F₁ — колова сила, Н;

F₂ — сила попереднього натягу, Н;

F_t — натяг від центральних сил, Н.

Для ланцюгової передачі, яка працює по принципу зачеплення, а не тертя, значення F₀ не має такого значення як для ремінної передачі (F₀ складає всього декілька відсотків від F_t). Для розповсюджених на практиці тихохідних і середньо швидкісних передач (= 10 м/с) також невеликий і натяг. Виходячи з цього, для практичних розрахунки, приймаємо такі відношення:

F₁? F_t F₂? 0 [12]

Тоді нова сила F_t на даній зірочці визначається за формулою:

(2.24)

де М_кр — крутний момент на зірочці, Н· м;

d — ділильний діаметр зірочки, м.

Отже звідси

F₁ = F_t = 241,839 H.

Сила F₁ діє на зірочку під кутом = 0⁰.

2.4 Силовий розрахунок валу

Крутний момент ексцентрика:

М = В • l _max (2.25)

де В — реакція ексцентрика, Н;

l _max — ексцентриситет, м.

М = 214,7 · 0,006 = 1,29 Н•м

Потужність ланцюгової передачі:

(2.26)

де n — частота обертання вала.

.

Крутний момент ланцюгової передачі:

(2.27)

Консольна сила від муфти:

(2.29)

де D_муфти — діаметр муфти, м.

Прикладемо всі сили, які діють на вал та реакції підшипників рис. 2.1. Розкладемо всі сили на складові, які паралельні осям координат.

Рис. 2.1 Розрахункова схема вала з епюрами моментів Розрахуємо опорні реакції.

Горизонтальна площина.

;

— F_tг · b + В_1г — b — B_2г • (b + а) — R_Вг · (b + b + a) — F_M • (b + b + b + a) = 0

звідки

(2.30)

Підставимо дані у формулу (2.25) одержимо:

.

;

— F_М · b + В_2г b — B_1г • (а + b) + R_Аг · (2b + a) — F_tг • (3b + a) = 0.

Звідки

(2.26)

Підставивши дані у формулу (2.26) одержимо:

Перевірка:

= - F_tг + R_Aг + В_2г — В_1г + R_Вг + F_Mг =

= - 241,84 + 448,36 + 214,7 — 214,7 — 300,31 + 93,8 = 0.

Знайдемо значення згинальних моментів у характерних січеннях вала і побудуємо епюри згинальних моментів.

Січення А:

М_гор = - F_t · b = - 241,84 • 0,022 = - 5,32 Н•м.

Січення 2:

М_гор = - F_t · b = - 241,84 • 2 • 0,022 +448,36 •0,022 = - 0,78 Н•м.

Січення 3:

М_гор = - F_t (2b + a) + R_A(b + a) — B₁ • a =

= - 241,84 · 0,252 + 448,36 · 0,23 — 214,7 · 0,208 = - 2, 47 Н· м.

Січення В:

М_гор = - F_t · (3b + a) + R_A · (2b + a) — B₁(a + b) + B₂ · b =

= - 241,84 · 0,274 + 448,36 · 0,252 · 214,7 · 0,23 + 214,7 · 0,022 = 2,06 Н· м.

У вертикальній площині проекції сил на вісь X рівні 0. Отже визначимо значення згинальних моментів:

(2.31)

З епюр М_кр М_зг видно, що небезпечним є січення вала, що співпадає з вольницею А, де M_kp = 7,74 Н· м, М_зг = 5,32Н•м.

Розрахунковий момент визначимо за формулою:

(2.32)

Отже, З умови міцності [7]

(2.33)

де М = М_роз

W — осьовий момент опору, м³,

[] - границя міцності, [] = 250 МПа.

Із формули (2.29) визначаємо:

(2.34)

підставивши отримаємо:

З іншої сторони

(2.35)

де d — зовнішній діаметр вала.

Тоді з умови

(2.36)

знаходимо діаметр вала:

(2.37)

звідси

.

Розрахунковий діаметр вала визначаємо за формулою:

d_poз = d · к, м (2.38)

де k — коефіцієнт запасу міцності:

к = 1…1,7

підставивши у формулу (2.38) отримаємо:

d _роз = 0,1 • 1,7 = 0,017 м.

Для розрахунків приймаємо d = 30 мм.

Перевіряємо вал на міцність за 4 теорією міцності за формулою:

(2.39)

де — напруження згину, МПа;

— напруження кручення, МПа.

Напруження згину розраховуємо за формулою:

МПа (2.40)

де М_зг — сумарний згинальний момент в небезпечному перерізі, Н· м;

d — діаметр вала в небезпечному перерізі, м.

Отже за формулою (2.40.)

напруження кручення за наступною формулою:

(2.41)

де М_кр — крутний момент в небезпечному січенні, М_кр = 7,74 Н· м. Підставивши отримаємо:

Тоді за формулою (2.39) одержимо:

.

Отже, умова міцності виконується.

У кріпленнях шатуна попередньо вибрані підшипники кулькові радіальні однорядні за ГОСТ 8338–75 d x D х В = 33×55×13 мм.

Придатність попередньо вибраних підшипників визначається співставленням розрахункової динамічної вантажопідйомності С_гр, Н, з базовою С_г, або базової довговічності L_10h, год із необхідною L_h, год по умовам:

С_гр < С_г або L_10h > P_h (2.42)

базова динамічна вантажопідйомність підшипника С_г представляє собою постійне радіальне навантаження, яке підшипник може сприйняти при базовій довговічності, що складає 106 обертів внутрішнього кільця С_г = 15,9 кН.

Необхідна довговічність підшипників L_h, передбачена ГОСТом 16 162−85. L_h = (8…12)•10³, год, розрахункова динамічна вантажопідйомність

(2.43)

де R_E — еквівалентне динамічне навантаження, Н;

— кутова швидкість обертання вала, с^-1; = 1,57 с^-1;

m — показник степені: m = 3 для кулькових підшипників.

Відношення для аналізу і вибору відповідної формули для визначення еквівалентного динамічного навантаження

(2.44)

де R_a — осьове навантаження підшипника, Н;

е — коефіцієнт осьового навантаження, приймаємо е = 0,244;

v — коефіцієнт обертання, приймаємо v = l — при обертанні внутрішнього кільця підшипника;

R_r — радіальне навантаження підшипника, Н, R_r = R — сумарна реакція підшипників.

Осьової сили, що діє на підшипник не буде. Це пояснюється тим, що при захопленні коренеплоду на копачі діють однакові бічні сили. Для вибору підшипника припустимо, що при встановленні валу відбудеться його деякий перекіс або в результаті удару відбулося скривлення валу. Так, як вибраний клас підшипників дозволяє вузлу функціонувати при переносі осі внутрішнього кільця до 3°, то на підшипниках можливе осьове навантаження рівне:

(2.45)

де n — кількість лемешів, n = 6;

F_в — навантаження вала у вертикальній площині, Н, F_в = 0;

F_г — навантаження вала у горизонтальній площині, Н, F_г = 93,8 H;

Н — коефіцієнт можливих осьових навантажень в роботі, = 2.

Підставивши значення у формулу (2.45) отримаємо:

Сумарна реакція підшипників R, Н:

(2.46)

підставивши значення у формулу (2.40) одержимо:

звідси випливає, що еквівалентне динамічне навантаження розраховується за формулою:

R_Е = VR_r K₆ K_T, H (2.47)

де К_б — коефіцієнт безпеки, K_б = 1,1 [12]

K_Т — температурний коефіцієнт, К_Т = 1,1.

Отже R_E = 1· 419 · 1,1 · 1 = 460,9 H

підставивши значення у формулу (2.43) розрахуємо динамічну вантажопідйомність:

Базова динамічна вантажопідйомність підшипника C_r = 15 900 H, отже умова придатності виконується, оскільки:

С_r = 15 900 > С_гр = 958,57 Н

Розрахункова базова довговічність:

год (2.48)

отже,

год необхідна довговічність L_h = 10 • 10³ = 10⁴ год.

Отже, L_h = 45 643 015 > 10 000 год.

Так як умова C_rp < C_r, і L_10h > Ц, то попередньо вибрані підшипники придатні для конструювання вузла.

2.5 Визначення потужності на привід викопувального органа

Потужність, яка затрачається на привід копача розраховується за формулою:

N _заг = N _вібр + N _{тяг.опір} (2.49)

де N_вiб — потужність на вібрацію копача, Вт;

кВт (2.50)

де N_л.п — потужність на здійснення ланцюгової передачі, Вт;

— ККД ланцюгової передачі, = 0,94;

— ККД кулькових підшипників, = 0,99;

— ККД редуктора, = 0,96;

— ККД клинопасової передачі, = 0,9;

— ККД муфти, = 0,98.

Отже Вт

N_{тяг.oпір} — потужність, що затрачається на пересування копача в ґрунті, Вт, обчислюється за формулою:

N_{тяг.oпір} = N_тяг.зв · q. (2.51)

де N_{тяг.oпір} — потужність, що затрачається на пересування звичайного лемеша в ґрунті, N_тяг.зв = 14 кВт [10]

q — коефіцієнт зменшення тягового опору q = 0,71.

Підставивши, отримаємо

N_{тяг.oпір} = 1400 • 0,71 = 9946,98 Вт

N_заг = 2053,02 + 9946,98 = 12 000 Вт =12кВт.

3. Обґрунтування побудови схеми машини

3.1 Обґрунтування функціональної схеми

Водій направляє передні колеса 1 (лист 2 графічної частини), а відповідно, і лемешеві копачі 2 захвачують і видаляють корені з ґрунту. Лопатеві бітери 3 передають корені на шнековий очисник.

Шнеки 4 і вальці 5 очисника видаляють із вороху ґрунт, рослинні домішки і одночасно транспортують корені до поздовжнього елеватора 6. Елеватором корені передаються на горизонтальний стрічковий транспортер 7, розміщений на бункері. Потім корені поступають на перший вал грудкоподрібнювача 9, кулачки якого руйнують залишкові грудки ґрунту і видаляють їх з вороху. Далі корені вивантажувальним елеватором 8 подаються в кузов транспортного засобу, який рухається поряд. Коли у воросі немає міцних ґрунтових грудок, то напрямок руху стрічки транспортера 7 можна змінити на зворотній; корені при цьому відразу ж будуть направлятись на вивантажувальний елеватор, минаючи грудкоподрібнювач.

3.2 Обґрунтування принципової схеми

Коренезбиральна машина складається з самохідного шасі і навішеного коренезабірника (лист 4 графічної частини). Шасі в свою чергу складається з рами, яка спирається на мости ведучих і ведених коліс, силового агрегату, варіатора площадки водія з кабіною, а також електричної і гідравлічної систем.

Коробка передач в поєднанні з варіатором приводу ходової частини забезпечує безступінчату зміну швидкості.

Частина вузлів коренезабірника змонтована безпосередньо на рамі грудкоподрібнювач, бункер і поздовжній елеватор), друга частина (копачі, шнековий очисник) — на окремій рамі, приєднаній на несучій рамі шасі. В робочому положенні, коли копачі заглиблені в ґрунт рама опирається на міст ведучих коліс, а в транспортному — утримується гідроциліндром.

Машина обладнана автоматичною системою, яка контролює роботу основних вузлів, а також автоматом водіння. Машина оснащена зовнішніми освітлювальними пристроями для роботи в нічний час русі по дорогам.

3.3 Обґрунтування кінематичної схеми

Крутний момент передається від двигуна СМД — 64 потужністю 110 кВт через клинопасову передачу на вал з частотою обертання 945 об/хв, на якому знаходиться ведуча зірочка Оо 200 мм, закріплена за допомогою шпонкового з'єднання і кріпильного болта. Ведуча зірочка через ланцюг ГТР-8−460 з кроком р = 8 мм передає на ведену зірочку Ш210 мм крутний момент навал з частотою обертання 900 об./хв, на якому містяться ексцентрики.

За допомогою ексцентрикового механізму закріпленого шпонкою, приводиться в рух шатун, що примушує копач здійснювати коливальні рухи. На одному валі ексцентрики розвернуті на 180° один відносно одного. Це забезпечує коливання копачів в протифазі.

Три пари валів з'єднуються пів муфтами 125−30−2-УЗ ГОСТ 20 284–82.

З центрального розподільчого редуктора через ланцюгову передачу крутний момент передається на шнековий очисник, частота обертання якого 500 об./хв. і на елеватор.

4. Розробка конструкції збірних одиниць і деталей

У відповідності з проектованими рішеннями розробляємо конструкцію складальних одиниць і деталей Заключним етапом створення графічної частини дипломного проекту, а також завершення роботи конструктора над виконанням вимог технічного завдання є розробка робочих креслень конструкцій складальних одиниць і деталей. Всі складальні одиниці і деталі встановлюються на окремій рамі комбайна.

Викопуючий пристрій призначений для викопування коренеплодів і подачі їх на шнековий очисник, складається з двох частин: передньою частиною леміш розрихлює ґрунт, а задня частина захоплює коренеплід і витягує його.

Коренезабірний пристрій складається з двох лемешів до яких приварюються кронштейни та кріплення, двох шатунів, ексцентриків, трьох валів, на яких встановлені, шість підшипникових вузлів, дві півмуфти і кріпиться ведена зірочка, яка приводить в рух коренезабірний пристрій. Привід коренезабірного пристрою здійснюється за допомогою ланцюга ПР-8−460 з кроком р = 19,5, діаметр ролика для якого d = 2,31 мм.

Число зубців ведучої зірочки приводу коренезабірного пристрою Zl=25;

діаметр ділильного кола d_Di=64 mm;

діаметр кола виступів D_el=68,21 mm;

діаметр кола впадин Dn=63,09 mm.

Зірочка посаджена на валу за допомогою шпонки h-b=12−8 ГОСТ 23 360–78.

Число зубців веденої зірочки приводу коренезабірного пристрою Z2=27;

діаметр кола впадин D _і2=67,04 мм;

діаметр кола виступів D_e2=73,33 мм;

діаметр ділильного кола d_d2=68,9 мм.

Зірочка посаджена на валу за допомогою шпонки h · b = 10−8 ГОСТ 23 360–78.

Ведуча і ведена зірочки розміщені на постійній відстані одна від одної. Півмуфта посаджена також на шпонку h · b = 10−8 ГОСТ 23 360–78 і фіксується гвинтом АМ6−8 ГОСТ 17 475–80.

Вал, як складальна одиниця кріпиться до рами за допомогою двох підшипникових вузлів. Діаметр вала під підшипник Ш30 кб. Вал виготовляється із сталі 45 ГОСТ 1050–74.

Підшипниковий вузол складається із кулькового радіального однорядного підшипника d x D х В = 30×55×13 ГОСТ 8338–75. підшипник знаходиться у корпусі, який виливається з чавуну С415 ГОСТ 1412–79. Корпус підшипника з'єднується за допомогою різьбового з'єднання. На вал напресовується ексцентрик з підшипником. Внутрішнє кільце підшипника фіксує прижимна втулка, яка одягається на вал. На підшипник одягається шатун, після чого з обох боків фіксується кришками і шплінтами. Зовнішнє кільце підшипника фіксується також кришкою.

З обох сторін вала є отвори для гвинтів, які фіксують положення з одного боку муфти з другого — зірочки.

На валу просвердлено два отвори о8 мм для шплінтів, які фіксують положення шатуна.

Є три пари валів, які з'єднуються між собою півмуфтами.

До лемеша приварене кріплення до якого за допомогою пальця кріпиться шатун з впресованим підшипником dхDxB = 45×75xl6.

ГОСТ 8338–75. Для регулювання ширини міжрядь на пальці з обох боків є три регулювальні пластини. їх можна переміщувати з одного боку в інший. Завдяки шатунам лемеші набувають коливальних рухів.

В передній частині лемеша приварене кріплення, через яке проходить вал, який кріпиться до рами. На валу з обох боків містяться чотири регулювальні пластини для регулювання ширини міжряддя.

Лемеші виготовляються з листової сталі Ст. 45. Передня частина лемешів заточується під кутом 18°.

5. Організація робіт з застосуванням розроблюваної техніки

5.1 Експлуатація розроблюваної машини

Експлуатація бурякозбирального комбайна — це процес, що включає в себе використання машини по своєму призначенню, підтримання її робото здатності (технічне обслуговування) і забезпечення її функціонування (підготовка до використання і технічного обслуговування, технічне обслуговування, зберігання транспортування та ін.).

Для зниження затрат ручної праці, збільшення продуктивності, і скорочення термінів збирання цукрових буряків розробимо технологічну схему збирання цукрових буряків. Проектована машина працює в комплексі з гичкозбиральною машиною БМ-6А, навантажувачем СПС — 4,2 та транспортними засобами для відвезення основного і допоміжного урожаю.

Гичкозбиральна машина зрізує гичку і завантажує в транспортні засоби, які відвозять їх до місць силосування.

Після цього бурякозбиральний комбайн викопує корені і завантажує в транспортні засоби, які відвозять їх на край поля у бурти або прямо на цукровий завод в залежності від кількості транспортних засобів і чистоти коренів. Корені, вивезені на край поля, завантажуються у транспортні засоби за допомогою навантажувача СПС — 4,2 і відвозяться на цукровий завод.

В комплекс робіт по підготовці розробленого бурякозбирального комбайна до експлуатації входять:

1. дозбирання;

монтаж допоміжних агрегатів;

регулювання робочих органів;

4. заправка, Дозбирання комбайна проводити в такій послідовності:

1. встановити перила, драбини, провести монтаж енергетичного засобу на раму комбайна;

провести монтаж вивантажувального пристрою;

встановити демонтовані клинові паси;

4. провести монтаж електрообладнання (фар, підфарників, фонарів, звукового сигналу, акумуляторної батареї) дзеркал заднього виду;

5. встановити термос, аптечку і проти пожежні засоби (вогнегасник, лопати);

6. відновити пошкоджені при транспортуванні, завантажувально-розвантажувальних роботах або до збиральні лакові і фарбовані покриття.

Технологічні регулювання робочих органів здійснюються з ціллю попереднього налагодження комбайна на збирання певних видів культур і при певних умовах. Регулювання основних робочих органів здійснюється з кабіни за допомогою відповідних рукояток і важелів.