Файл: механизация отвальной обработки почвы.docx

2.2 Технологические и прочностные расчеты элементов конструкции модернизированного плуга плн-5-35

2.2.1 Определение глубины вспашки

Максимально допустимую глубину вспашки можно определить из выражения:

см,

где b – ширина захвата корпуса плуга, см;

k– соотношение ширины захвата корпуса к глубине пахоты.

Численное значение kдля плугов общего назначения с культурными и полувинтовыми отвалами – 1,3…1,8.

Тяговое сопротивление плугов можно определить по рациональной формуле акад. В.П. Горячкина:

где f– коэффициент, аналогичный коэффициенту трения о сталь: для жнивья – 0,5; для клеверища – 1,0;

G – сила тяжести плуга, Н;

а – глубина пахоты, м; b – ширина захвата плуга, м;

k₁– коэффициент удельного сопротивления почвы; для легких почв – 20…35 кПа; для средних почв – 35…55 кПа; для тяжелых почв – 55…80 кПа; для очень тяжелых – 80…130 кПа;

ε – коэффициент, характеризующий форму рабочей поверхности плуга и свойства почв: 1,5…3,0 кН·с²·м^-4;

n– число корпусов;

v – скорость движения агрегата, м/с.

кН.

Следовательно, выбираем колесный трактор Т-150К тягового класса 30 кН.

2.2.2 Построение отвальной поверхности плуга

Для построения цилиндроида по методу построения рабочих поверхностей по одной направляющей кривой и заданному закону изменения угла образующих с полевой стороной берут направляющую кривую, лежащую в вертикальной плоскости, перпендикулярной к лезвию лемеха. На рас­стоянии от носа лемеха для культурных поверхностей и в конце лемеха для полувинтовых поверхностей проводят плоскость (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 – Положение направляющей параболы и её параметры

Направляю­щая кривая располагается нижней точкой на лезвии лемеха, верхней — на верх­нем обрезе отвала. В качестве направляющей кривой может быть использована окружность или парабола. Вылет направляющей кривой L и ее высоту h находят из уравнений

где R – радиус окружности;

- угол с дном борозды касательной к направляю­щей окружности или параболе.

Угол бороздного обреза определяют из выражения:

Отклонение этого угла допускается не более 3°.

Построение контура рабочей поверхности корпуса показано на рисунке 2.5. Бороздной обрез отвала строят по отваленному пласту сечением . Из середины бороздной грани пласта D проводят линию, параллельную пласту, сечением до пересечения с линией стыка лемеха с отвалом. Высоту верхнего обреза отвала у полевой стороны находят из выражения:

мм,

где — ширина пласта;

= 10 — 20 мм.

Положение верхнего обреза отвала определяется кривой, соединяющей верх­нюю точку полевого обреза отвала с траекторией движения верхнего конца диагонали сечения пласта. Высота точки верхнего обреза отвала может быть принята равной:

см,

где = 0 - 2 см;

— глубина пахоты в см;

— ширина пласта в см.

Положение этой точки верхнего обреза отвала относительно полевой стороны определяется величиной и вертикальным положением диагонали пласта .

Оборачивающая способность отвала характеризуется разностью углов . Среднее значение разности между указанными углами рекомен­дуют для отвалов культурных корпусов и полувинтовых выше 8°.

Чтобы пласт не задирался в месте стыка лемеха с отвалом, угол должен быть меньше угла для культурных отвалов и 2-4° для полувинтовых отвалов.

Для отвалов полувннтовых корпусов принимают изменение углов образую­щих в пределах по закону параболы:

Изменение углов образующих для этих отвалов от до может быть взято также по закону прямой.

По углам , и по числу образующих между ними строят направляю­щую параболу (по ее вершине , оси и заданной точке ). Графическое построение обеспечивает точность до 0,5%, что практически вполне достаточно.

Рисунок 2.5 – Построение контура рабочей поверхности корпуса

Построив контур поверхности в вер­тикальной проекции, зная величины углов , , и промежуточные углы образующих, построив направляющую параболу, можно вычертить горизонталь­ную проекцию сечения , , , вертикальными плоскостями, перпендикуляр­ными к стенке борозды, и поверочные шаблоны , , ,..., для сечений от­вала вертикальными плоскостями, перпендикулярными к лезвию лемеха.

Рабочую поверхность строят в следующем порядке: проводят в вертикальной проекции следы образующих 1'—1', 2'—2', 3'—3' и т. д. через заданные интерва­лы 25 или 50 мм. Продолжают их до пересечения с направляющей параболой и с вертикалью, проведенной через ее нижний конец, и получают от­резки для по­строения образующих на горизон­тальной проекции. На нулевой об­разующей в горизонтальной проекции перпендикулярно лезвию лемеха в его конце проводят след вертикальной плоскости, в ко­торой располагается направляю­щая парабола. Эта парабола яв­ляется основным шаблоном.

В правом углу проводим линию полевого обреза на которой в верхней половине строим лобовую проекцию в нижней части линии из точки О под углом проводим линию лезвия лемеха. Из крайней точки отвальной проекции лобового контура проводят вертикаль до пересечения с линией лезвия лемеха АВ.

Выше точки А по линии лезвия лемеха откладывают точку D – начало образующей кривой и в этой точке проводят нормаль к линии лезвия лемеха.

Из точки D в сторону лобовой проекции под углом проводят нижнюю касательную.

Далее по линии лезвия лемех из точки D откладывают высоту h в точке С соответствующей высоте h проводят нормаль также в сторону лобовой проекции или в сторону направляющей кривой из точки С по нормали откладывают вылет l и получаем точку верхнего окончания направляющей кривой. Из точек D и E радиусом R находят центр окружности О₁ из которого проводят часть окружности соединяя точки Е и D. Для проверки направления кривой, проведенной из точки Е проводим касательную к этой кривой до пересечения с нижней касательной в точке пересечения, измеряют угол.

В связи с невозможностью построения линий образующих горизонтальную проекцию корпуса плуга (ручным путем) применяется графо-аналитическая методика. Суть графоаналитической методики заключается в сочетании приемов аналитического решения параметров искомой поверхности или линии и последующего графического изображения сочетанием результатов расчета и элементов ручного построения.

Рисунок 2.6 – Построение горизонтальной проекции отвальной поверхности плуга

Построение образующих линий графоаналитическим методом сводится к следующему: в точке пересечения нормали к лезвию лемеха и следа точки «1» образующей кривой проводят вертикаль, отрезком 100 мм. В вершине отрезка под прямым углом проводят линию, которая образует прямоугольный треугольник, при этом угол образуемый катетом 100 мм и следом точки «1» будет равен . Углы и т.д. находятся по функции изменения угла в зависимости от типа отвальной поверхности. Для построения горизонтальной проекции необходимо найти точки, являющиеся граничными при построении, которые находятся путем сноса точек контура лобовой проекции на соответствующие образующие линии горизонтальной проекции.

2.2.3 Выбор основных размеров плуга

Высота рамы Н (рисунок 2.7) и расстояние по ходу между носами лемехов сосед­них корпусов l должны обеспечивать работу плуга без забивания. Многолетний опыт применения плугов показал, что плуги с плоской рамой при высоте Н≈560 мм работают без забивания, если у рамы отсутствуют элементы, располо­женные над лемехами и отвалами. У рам, имеющих брусья или распорки, распо­ложенные над корпусами, высота Н этих элементов рамы над опорной плоско­стью лемехов должна быть не менее 650 мм.

Расстояние l между носками со­седних лемехов должно быть равно 750—800 мм, так как при меньших значениях l пространство между кор­пусами оказывается недостаточным для беспрепятственного прохода стерни, навоза и сорняков, находя­щихся на поверхности поля. Умень­шение размера l затрудняет также свободу движения пласта, вырезае­мого предплужником. Кроме того, приближение конца полевой доски переднего корпуса к лемеху заднего корпуса препятствует нормальной работе последнего.

Расстояние по ходу плуга от носка лемеха основного корпуса до носка ле­меха предплужника l₁ должно быть равно 250—300 мм.

Рисунок 2.7 – Схема расстановки корпусов и предплужников

2.2.4 Расчет полуоси опорного колеса

Ось нагружена изгибающей нагрузкой, и следовательно её рассчитывают на изгиб.

После составления расчётной схемы и определения всех сил, действующих на ось, построим эпюру изгибающих моментов и по максимальному изгибающему моменту произведём расчёт самой оси.

Так как ось является основанием опорного колеса, с учётом её длины, произведём расчёт на статическую прочность по формуле:

где d – диаметр оси, мм;

М_экв – изгибающий момент в опасном сечении оси, Н·м;

[δ_и] – допускаемое напряжение на изгиб. Допускаемое напряжение определяем по справочным данным.

Рисунок 2.8 – Расчетная схема для вала

Диаметр оси определяем ориентировочно из расчёта на кручение поформуле:

м = 40 мм,

где V – скорость вращения колеса при работе плуга. При значении поступательной скорости агрегата v = 1,94 м/с имеем V = 33,5 с^-1.

[τ] – допускаемое напряжение на кручение. При проектировочном расчете принимаем [τ] = 20…25 МПа.

Определяем изгибающий момент.

Н·м.

М_экв = .

МПа.

По справочным данным для оси, изготовленной из материала сталь 45, с термической обработкой – закалка δ_в ≥ 850 МПа, δ_-1≥ 340 МПа, допустимое значение [δ_и] = 75 МПа. Таким образом условие прочности выполняется.

Для того, чтобы деталь (ось) не вышла из строя в процессе работы она должна быть достаточно жёсткой. Жёсткость на изгиб обеспечивает оси равномерное распределение давления по всей длине оси. Параметры характеризующие степень жёсткости на изгиб: θ_max – угол наклона поперечного сечения оси и y_max - наибольший прогиб оси.

Расчёт оси на жёсткость производится только после расчёта её на прочность, когда известны форма и размер.

Допустимое значение угла наклона для квадратного поперечного сечения составляет [ ] ≤ 0,0016.

Максимально допустимый прогиб определяем из соотношения:

,

где l = 124 мм – длина консоли.

мм.

Для обеспечения жёсткости на изгиб оси, необходимо чтобы действительные максимальные значения и не превышали допустимые и :

;

.

Угол наклона определяем по формуле:

где F – сила, действующая на полуось в данном сечении;

l –длина участка от плоскости приложения силы до жесткой заделки консоли;

E -модуль упругости материала, для стали Е = 2,1∙10⁵ МПа;

I – осевой момент инерции площади сечения оси:

мм⁴.

;

.

Следовательно, допустимое значение угла наклона для круглого поперечного сечения соответствует условию жёсткости.

Определяем наибольший прогиб оси по формуле:

мм.

мм;

мм.

Условие жёсткости выполняется.

Произведём расчет оси на сопротивление усталости. При расчётах на усталость учитываются все основные факторы, влияющие на прочность оси: характер напряжения в зависимости от абсолютных размеров оси, состояние поверхности и поверхностное упрочнение.

Сначала определим предел выносливости при изгибе оси, изготовленной из материала – сталь 45, из условия:

МПа,

где - предел прочности. Предел прочности стали 45 принимаем равным 600 МПа.