Механизация удаления ботвы перед уборкой картофеля в СПК «Радостовский» Дрогичинского района с модернизацией ботвоуборочной машины БДН-4-75/70 (дипломный проект)

Дипломный проект включает расчётно-пояснительную записка 93 на страницах машинописного текста, графическую часть на 9 листах формата А1, 12 таблиц, 9 рисунков, 5 приложений.

Ключевые слова: анализ, технология, уровень механизации, система машин, машинно-тракторный агрегат, ботвоуборочная машина , рабочий орган.
Целью дипломного проекта является закрепления теоретических зна-ний и получение практических навыков.
В проекте приведён анализ хозяйственной деятельности и использования МТП СПК «Радостовский» Дрогичинского района.
В конструкторской части проекта обоснована целесообразность и перспективность применения роторно-цепочного рабочего органа ботвоуборочной машины.
Выполнены технологический расчёт: определена частота вращения рабочего органа; кинематический; определено передаточное отношение и подобран редуктор; конструкционный расчёт: расчет вала рабочего органа на изги и кручение и подобраны диаметры вала рабочего органа; и энергетический: определена мощность затрачиваемая при работе с машиной..
Обоснованность принятых в проекте решений подтверждено технико – экономическими расчетами.
В соответствии с заданием разработаны вопросы по безопасности жизнедеятельности на производстве, при уборке ботвы, безопасности жизнедеятельности в чрезвычайных и экологически неблагоприятных ситуациях.




СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ
1.ХАРАКТЕРИСТИКА СПК «РАДОСТОВСКИЙ»
1.1. Характеристика хозяйственной деятельности хозяйства
1.1.1. Общие сведения о хозяйстве
1.1.2. Природно-климатические условия
1.1.3. Состояние отросли растениеводства
1.1.4. Показатели отросли животноводства
1.1.5. Состав и использования машино-тракторного парка
1.2. Краткие сведения об агротехнике возделывания картофеля
2.ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА
2.1.Анализ способов уборки картофельной ботвы и агротребования
к машинам для уборки ботвы
2.2.Анализ конструкции ботвоуборочной машины
2.3. Описание технологической схемы и конструкции модернизированной машины
3.РАСЧЁТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ И МОДЕРНИЗИРОВАННЫХ
УЗЛОВ
3.1. Технологический расчёт
3.2. кинематический расчёт
3.3. Конструктивный расчёт
3.3.1. Расчёт ременной передачи
3.3.2. Расчёт вала на кручение
3.3.3. Расчет вала на изгиб
3.4. Энергетический расчёт агрегата


3.5. Расчёт операционно-технологической карты
4. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
4.1. Безопасность жизнедеятельности на производстве
4.1.1. Анализ состояния охраны труда в СПК «Радостовском»
4.1.2. Правило безопасности при уборки ботвы картофеля
4.1.3. Расчёт предохранительной муфты
4.1.4. Обеспечение пожарной безопасности в СПК «Радостовском»
4.2. Безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных и экологически неблагоприятных ситуациях
4.2.1. Повышение стабильности производства отросли растениеводства
4.2.2. Уплатнение почвы и пути его снижения
5.ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАСЧЁТ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНЖЕНЕРНЫХ РЕШЕНИЙ
5.1. Расчёт эксплуатационных показателей
5.2. Расчёт трудозатрат и роста производительности труда
6.3. Материалоёмкость процесса
6.4. Энергоёмкость процесса
6.5.Расход топлива
6.6.Капиталоёмкость процесса
6.7.Расчёт эксплуатационных издержек
6.8.Расчёт показателей э
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
2.ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА

2.1. Анализ способов уборки картофельной ботвы и агротребования к машинам для уборки ботвы

В основном картофель убирают путем выкапывания. Иногда ранний картофель убирают методом теребления за ботву. Повсеместно перед уборкой она удаляется. Это обеспечивает ускорение физиологического вызревания клубней, требуемый уровень содержания cyxиx веществ, снижение заболеваемости картофеля.
Удалять ботву картофеля можно химическим, механическим и комбинированным способами. Также в середине прошлого столетия в некоторых странах (Бельгия, Нидерланды) ботву удаляли тепловым способом, используя для этого горелки, работающие на пропане или на жидком топливе. Такой способ уборки позволял удалять ботву полностью, однако при этом выжигались органические вещества, находящиеся в верхних слоях почвы, т. е. Фактически почва подвергалась разрушению. По этой причине от данного способа уборки ботвы картофеля пришлось отказаться.
Химический способ удаления (наиболее распространен в США, Англии) предполагает обработку ботвы химическими препаратами – десикантами. В качестве десиканта используют раствор хлората магния или реглон. Дозы препарата и рабочего раствора зависят от развития ботвы и погодных условий. При слаборазвитой или предварительно скошенной ботве расходуют 25— 30 кг/га препарата, растворенного в 400—500 л воды. При сильно развитой ботве и неустойчивой погоде дозу увеличивают до 40— 50 кг/га, а объем рабочего раствора — до 800 л/га.
При химическом способе происходят медленное отмирание ботвы и интенсивный отток питательных веществ в клубни, в результате чего урожайность из-за удаления ботвы существенно не снижается.
Условием для эффективного применения десиканта является устойчивая сухая погода. В дождливую погоду ботва полностью не высыхает и сваливается в междурядья, мешая работе подкапывающих лемехов уборочных машин. Поэтому при неустойчивой погоде вначале проводят скашивание ботвы, а затем обработку оставшейся части раствором десиканта.
Однако, учитывая, что опрыскивание необходимо производить за две-три недели до уборки, в большинстве районов нашей страны из-за сжатости сроков уборки этот способ применять нельзя.
Прогрессивный способ удаления ботвы — комбинированный. Он предполагает совмещение скашивания ботвы с химической обработкой. Для этого на трактор с косилкой-измельчителем типа КИР-1,5 навешивают баки опрыскивателя ПОУ. У косилки снимают верхнюю часть дефлектора и на выходе из него монтируют трубчатую рамку с распылителями. Шестеренчатый насос для подачи рабочей жидкости крепят на КИР-1,5, привод насоса осуществляется от главного вала косилки через дополнительно установленную звездочку и цепную передачу. При комбинированном способе раствор десиканта обрабатывает измельченную ботву (при вылете ее из силосопровода), а также пожнивные остатки. Такой способ позволяет сократить расход препарата и совместить две операции.
Однако в последнее время предпринимаются попытки сократить до мини-мума использование химических веществ с учетом требований охраны окру-жающей среды. Поэтому вновь обсуждается вопрос о применении тепловых методов, которые в течение длительного времени считались дорогостоящими и трудоемкими. Проведенные в Нидерландах эксперименты с инфракрасными светильниками принесли многообещающие результаты. И хотя конструкция и режим работы этих приборов являются совершенными, применение их требует более высоких затрат средств и энергии по сравнению с механическими и химическими методами.
Из вышесказанного следует, что наиболее приспособлены для удаления ботвы картофеля в Республике Беларусь механические способы уборки.
При механизированной уборке картофеля в осуществлении операции удаления ботвы имеются два основных направления:
1) предварительное удаление ботвы с поля перед уборкой клубней;
2) отделение ботвы от клубней в картофелеуборочных комбайнах. Предварительное удаление ботвы не обеспечивает полной ее ликвидации с поля и поэтому не исключает необходимости иметь ботвоудаляющие органы в комбайне.
Устройства для предварительного удаления ботвы могут быть скомпонованы в виде отдельных самостоятельных машин или смонтированы как отдельные узлы на раме комбайнов перед подкапывающими рабочими органами.
Ботвоуборочная машина должна обеспечивать скашивание картофельной ботвы, ее измельчение и разбрасывание по полю. Полнота уборки ботвы и других растений должна составлять не менее 80%.
Содержание в измельченной массе частиц длиной до 15см не менее 60%.
Смятие рядков, разрушение клубневых гнезд, извлечение клубней на по-верхность поля и их повреждение не допускается.


2.2. Анализ конструкций ботвоуборочной машины

Для механического удаления ботвы служат различные типы ботвоудалителей или ботвотеребильных аппаратов.
Рабочие органы для механической уборки ботвы картофеля подразделяются на режущие, дробильные и теребильные.
Основными рабочими органами ботвоудалителей являются роторы с вертикальной или горизонтальной осью вращения со свободно установленными металлическими или резиновыми ножами (бичами)—КИР-1.5Б, УБД-3, КИН-1.5, КИП-1.5, БДН-4(6) (СНГ), резиновая транспортерная лента ("Nimos"/"Drost"), наполненные воздухом резиновые вальцы ("Oldenhuis") или пневматические шины ("Sebeco", "Structural", (Нидерланды)).
Ботвотеребильные аппараты устанавливаются и на картофелеуборочных комбайнах непосредственно в передней части наклонных транспортеров для почвы, как это делается фирмами “Juko” (Финляндия) и “Riekam” (Бельгия). Машины подобной конструкции играют особо важную роль при сборе раннеспелого картофеля.
Теребильные рабочие органы интересны тем, что удаляют ботву полно-стью, не оставляя корешков и столонов на клубнях.
В ВИСХОМе исследовали ряд ботвотеребильных аппаратов различных типов, в том числе шнекороликовый ботвоудалитель с вращающимися навстречу друг другу роликами и ленточный клиноременный аппарат, применяемый в льноуборочных машинах. В этом аппарате поднятая лифтерами ботва захватывается клиновидными ремнями и подается на отводящий транспортер.
Теребильные аппараты обоих типов оказались практически неработоспособными из-за сгруживания ботвы лифтерами, наматывания ее на шнеки и пробуксовывания клиновидных ремней. Кроме того, они обеспечивали малый процент теребления ботвы так как захватывали ботву на большой высоте по отношению к поверхности грядки.
Дисковый ботвотеребильный аппарат, предложенный И. М. Полуночевым (рис. 2.1, а), состоит из теребильного диска 2 с пальцами и сбрасывающего диска 1. Угол между смежными пальцами составляет 15°. Основным рабочим органом ботвоотделителя такого же типа с подвижными пальцами (рис. 2.2, б) является диск 4 с пальцами 3.

а) б)     б)
Рис.2.1 Дисковые теребильные аппараты
Дисковые ботвоотделители имеют ряд серьезных недостатков. Ботва в них наматывается на вращающиеся вертикальные валы, забиваются просветы между пальцами, повреждаются клубни, а из-за того, что теребильный диск наиболее эффективно работает при условии погружения в почву, часть ботвы сбрасывается в междурядья, а сами рабочие органы быстро изнашиваются и часто ломаются. Все указанные недостатки присущи ботвоотделителям как с неподвижными, так и с подвижными пальцами. Преимуществом ботвоотделителя последнего типа является возможность самоочищения пальцев от почвы и растительности вследствие подвижности пальцев и отсутствие наматывания ботвы на барабан.
Аппарат ленточного типа с защемляющими шипами (рис. 2.3) состоит из ведущего 5 и ведомого 7 шкивов, плоского ремня 6, на котором закреплены шипы 8. Теребление осуществляется нижней ветвью 9 ремня. Исследования, проведенные в ВИСХОМе Т. Т. Кусовым, показали, что аппарат такого типа имеет по сравнению с теребильными аппаратами других типов лучшие показатели. Максимальную полноту теребления ботвы ленточный аппарат обеспечивает при скорости ленты 1,2—1,3 м/с; при скорости свыше 3 м/с полнота теребления уменьшается, а количество разорванных стеблей возрастает вследствие того, что при повышенных скоростях процесс теребления переходит в процесс дробления.

Рис. 2.2. Теребильный аппарат ленточного типа с защемляющими шипами.

Как было отмечено выше, ботвотеребильные аппараты используются для предварительного удаления ботвы в картофелеуборочных комбайнах некоторых зарубежных фирм при уборке раннего или семенного картофеля. Это связано с тем, что ботву такого картофеля удаляют в сроки, когда она еще слабо полегшая,
Также для предварительного удаления ботвы картофеля в картофелеуборочных комбайнах зарубежных производителей используются рабочие органы режущего типа ( рис. 2.3 ).
Дисковый ботворез (рис. 2.3, а) состоит из сферического диска 10, конического барабана 11 с лопастями 12 на нем для отбрасывания срезанной ботвы. Максимальное удаление ботвы сферическим диском не превышает 45 % при глубине хода диска в почве 3 см, окружной скорости 15 м/с и угле установки рабочей кромки относительно поверхности грядки 5°. Недостатком его является то, что диск может работать только при погружении в почву, так как упругость стеблей ботвы не превышает усилия, необходимого для их среза, и происходит отталкивание стеблей дисками. При уборке картофеля с длинной ботвой последняя наматывается на вращающийся конический барабан.


Рис 2.3. Дисковые ботвоудаляющие рабочие органы.


Радиально-саблеобразный ботворез (рис. 2.3, б) имеет 12 саблеобразных ножей 13, расположенных в два яруса в шахматном порядке и закрепленных на коническом кожухе 14 и диске 15. При движении аппарата вдоль грядки ножи срезают ботву, а лопасти 16 отбрасывают ее в сторону убранного поля.
Близки по конструктивному оформлению и принципу действия к данному аппарату цилиндрический ботворез (рис. 2.3, в), установленный на однорядном комбайне фирмы Пакман (Англия), конический (рис. 3, г) с шарнирно закрепленными ножами — на картофелеуборочном комбайне фирмы Амазоне (ФРГ) и плоский (рис. 3, д) — на комбайне фирмы Самро (Швейцария).
Результаты испытаний этих ботворезов на ЦМИС показали, что цилиндрический, конический и плоский ботворезы срезают не более 50 % ботвы. Наиболее полное удаление ботвы происходит при заглублении ножей ботвореза на 2—3 см в почву. Однако в этом случае ножи повреждают клубни, расположенные близко к поверхности. Ботву полеглую и расположенную в междурядьях ботворезы не захватывают. При работе комбайнов на полях с полеглыми растениями ботворезы удаляют ботву не более чем на 30 %.
Испытания рабочих органов дробильного типа (рис. 2.4) показали, что по сравнению с теребильными и режущими аппаратами дробильные более надежны и имеют лучшие качественные показатели.

а) б)

Рис. 2.4. Схемы ботводробителей:
а- цепной с вертикальным валом; б- молотковый с горизонтальным валом
Цепной дробитель (рис. 2.4, а) имеет вертикальный вал с горизонтальным диском, с внешней стороны которого закреплены три калиброванные цепи длиной 450—500 мм. При вращении диска (п = 950—1100 об/мин) цепи располагаются горизонтально и дробят ботву, отбрасывая ее на убранное поле. Достоинством цепного дробителя является простота конструкции, недостатком — сравнительно низкий процент удаления ботвы (50—60%), особенно при дроблении полеглой ботвы, и забивание при дроблении сильно развитой зеленой ботвой. Ботводробитель с горизонтальным валом (рис. 2.4, б), применяемый в ГДР, представляет собой барабан 1 с шарнирно закрепленными билами 2. Расположение бил по длине соответствует поперечному профилю грядок, что предусматривает возможность захвата полеглой ботвы в междурядьях.
Ботводробители, выпускавшиеся ранее в СССР (КИР-1,5, УБД-3), имели рабочий орган, подобный представленному на рис. 2.4 б, однако их била имели одинаковую длину, т. е данные рабочие органы могли убирать ботву только на вершинах грядок, что отрицательно сказывалось на полноте уборки ботвы, особенно полегшей.
В США применяется ботводробитель, который имеет два ротора 1 и 2, вращающихся навстречу один другому. Между ними сверху расположен шнек 3, служащий для отвода срезанной ботвы в сторону. Второй ротор снабжен резиновыми билами, что позволяет устанавливать его ближе к поверхности грядки.

     






Рис. 2.5. Схема ботводробителя с двумя роторами (США).

Ботводробители в США и других странах бункером не оборудуют, так как ботву картофеля не собирают на силос, а запахивают.
В бывшем СССР на применяемых для удаления и сбора ботвы машинах КИР-1.5Б и УБД-3 в качестве ботвоудаляющего рабочего органа использовался ротор с горизонтальным валом.
В косилке-измельчителе КИР-1,5Б (рис. 2.6, а) измельченная масса в бункер подается молотками дробителя, для чего к державкам кроме ножа крепят нагнетательную пластину. В ботвоуборочной машине УБД-3 (рис. 2.6, б) измельченная масса молотками дробителя 1 подается в шнек 6 и далее в швырялку 5, которая направляет ее через дефлектор 2 в бункер 4. Выгружается масса из бункера машины УБД-3 с помощью скребкового транспортера 3, а из бункера КИР-1,5Б путем его опрокидывания.
Достоинством машины КИР-1,5Б является простота конструкции, недос-татками— невысокое качество измельчения массы и увеличенные нагрузки на дробильный аппарат, особенно при ударах о естественную гребнистость поля, в результате чего часто ломаются молотки и нарушается динамическая уравновешенность дробителя.
а) б)

Рис. 2.6. Схемы ботводробителей.

При наличии шнека и швы-рялки в машине УБД-3 часть нагрузки с дро-бильного рабочего органа снимается, но зато усложняется конструкция, увеличивается масса и снижается производительность из-за необходимости очистки шнека и швырялки, особенно при уборке полуотмершей или подмороженной ботвы.
Роторные ботвоуборочные машины УБД-3 и КИР-1,5Б удаляю около 60-70 % ботвы. Ботву, расположенную в междурядьях, ножи ротора не захватывают.
В настоящее время в некоторых хозяйствах Республики Беларусь еще используются ботводробители КИР-1,5, которые являются модификацией машин КИР-1,5Б и отличаются от последних отсутствием бункера-накопителя. Машины УБД-3 в настоящее время не используются.
Ротор косилки-измельчителя КИР-1.5 представляет собой трубчатый вал диаметром 100 мм, на поверхности которого по винтовой линии шарнирно в четыре ряда (через 90°) закреплены 28 ножей лопаточного типа. Кронштейны ножей на втулках закреплены болтами. Частота вращения ротора 1500 об/мин; диаметр по концам ножей 510 мм; окружная скорость ножей 50 м/с; высота среза 60—250 мм.
В настоящее время в Российской Федерации Государственным унитарным предприятием заводом “Уралсельмаш” г.п. Бисерть Нижне-Сергинского района Свердловской области и Открытым акционерным обществом “Уральский научно-исследовательский технологический институт” г. Екатеринбурга производится ботводробитель БДН-4-75/70 (рис. 2.7), предназначенный для удаления ботвы картофеля на посадках с междурядьями 70 и 75см.
Ботводробитель навесной, навешивается на стандартную 3-х точечную систему. Имеет сварную раму, на которую установлен ротор с ножами и битами, опорные колеса, механизм привода. Ротор состоит из левого и правого валов. На валах шарнирно закреплены ножи, которые скашивают ботву на гребне, и биты, скашивающие ботву и другие растения свалившиеся или растущие в борозде. Высота среза ботвы регулируется винтовыми устройствами опорных колес. На ширину междурядий машина регулируется перестановкой ножей и бит, а так же изменением ширины колеи опорных колес. Привод машины осуществляется от ВОМ трактора при скорости вращения 1000 и 540 об/мин. Для этого прикладываются два сменные шкива и прорезиненные клиновые ремни разной длины.

Рис. 2.7.Ботводробитель БДН-4-75/70.

Однако ботводробители, типа БДН-4-75/70, характеризуются высокой динамической неустойчивостью в процессе работы, что приводит к ускоренным поломкам машины, отрицательно сказывается на приводе трактора, вызывает повышенную опасность работ.
В СибИМЭ разработан и в 1996 году испытан тросовый ботводробитель, который лишен этих недостатков. Он состоит из рамы 1 с валом 2, на котором крепятся гибкие связи 10, состоящие из молотка 3 и троса 4 (рис.2. 8.). На раме установлен редуктор 7. Рама через подвижную стойку 8 опирается на копирующую шину 9. Для агрегатирования с трактором рама имеет навеску 6. Активная часть ботводробителя закрыта защитным кожухом 5. Ботводробитель агрегатируется с трактором класса 1,4 кН.
Работает машина следующим образом. Крутящий момент от вала отбора мощности трактора через конический редуктор передается на вал с закреплен-ными на нем молотками. В процессе вращения вала трос под действием сил инерции растягивается и занимает рабочее положение, а молотки ударяют по стеблю растения и срезают его.
1 2 3 4 5 6 7 8 9

Рис. 2.8. Тросовый ботводробитель  Рис.8. Роторно-тросовый ботводробитель.

При многократном воздействии молотков ботва измельчается и отбрасывается на скошенное место за ботводробителем. Высота среза ботвы регулируется подвижной стойкой.
Хозяйственные испытания 4-рядного варианта ботводробителя проводились в совхозе "Обской" Новосибирской области и показали высокую эффективность ботводробителя. Однако у машины выявлен очень серьезный недостаток – при износе троса, особенно в местах наибольшего изгиба (в местах крепления к барабану и около молотков ) отламываются проволочки и попадают в почву, ботву и клубни, что недопустимо и делает невозможным применение ботводробителя с таким рабочим органом.
Республике Беларусь промышленностью выпускаются косилки-измельчители типа КИН-1,5, КИП-1,5, которые специально не предназначены для удаления ботвы картофеля, но могут использоваться для выполнения этой операции. Специальные высокопроизводительные ботвоудалители в Беларуси не выпускаются.

2.3. Описание технологической схемы и конструкции модернизируемой машины.

Модернизация машины заключается в модернизации рабочего органа для машины БДН-4. Суть заключается в том, что применяется роторно – цепочный рабочий орган для предуборочного удаления ботвы картофеля и ее дробления. Данный рабочий орган включает 2 барабана, к одному барабану прикреплены длинные петли цепи,а к другому короткие петли цепи.
Работает машина следующим образом. Крутящий момент от вала отбора мощности трактора через конический редуктор и ременные передачи передается на валы с закрепленными на них короткими и длинными петлями цепи. В процессе вращения валов цепи под действием сил инерции растягиваются и занимают рабочее положение, ударяя по стеблю растения и срезают его.
Работает рабочий орган следующим образом. При вращении барабана петли цепи под действием сил инерции приобретают форму, представленную на рис. 2.9. и 2.10.

Форму петли можно изменять изменением длины цепи или изменением расстояния между ее концами на барабане. Этим обеспечивается более точное копирование поверхности картофельной грядки. В процессе вращения барабана петли цепи срезают ботву, измельчают и разбрасывают ее по полю.

Рис. 2.9. Схема рабочего органа.


Таким образом, применяя данный рабочий орган можно добиться более точного копирования поверхности картофельной грядки, чем достигается повышение полноты уборки картофельной ботвы. Применение цепи для удаления ботвы исключает попадание металлических частиц в клубни

БЕЛОРУСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра: «Сельскохозяйственные машины».
Зав. кафедрой: д.т.н. ________ Кузмицкий Александр Васильевич


РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТУ

На тему: «Механизация удаления ботвы перед уборкой картофеля в СПК «Радостовский» Дрогичинского района с модернизацией ботвоуборочной машины БДН-4-75/70»

Дипломник____________________________ Литвинец Евгений Васильевич

Консультант ассистент Комиссаров В.В.

Руководитель проекта ассистент Комиссаров В.В.

Консультант
по технологической части ассистент Комиссаров В.В .

Консультант
по технике безопасности асс. Цховребова М. О.

Консультант
по экономической части части ст. пр. Швец М.Г.

МИНСК 2006