Модернизация культиватора КПС-4 (дипломный проект)

Работа: 87 листов, 11 рисунков, 15 таблиц, 36 источников, 3 приложения, 10 листов формата А1 графического материала.

Обработка почвы, плуги для гладкой пахоты,
поворотный механизм плуга

Объектом работы является плуг для гладкой пахоты, предназначенная для основной обработки почвы. Цель проекта: разработка конструкции механизма поворота плуга. В работе дан обзор существующих конструкций, разработан чертёж механизма поворота плуга, приведены расчёты и технические требования на разработку конструкции, безопасности производства. Разработана методика проведения занятия на тему «Специальные плуги».





ОГЛАВЛЕНИЕ

1 Анализ хозяйственной деятельности СПК – колхоз «Агидель» Бурзянского района Республики Башкортостан
1.1. Краткая организационно-экономическая характеристики СПК – КОЛХОЗ «Агидель» Бурзянского района
1.2 Размеры хозяйства и его организационная структура
1.3 Специализация хозяйства
1.4 Анализ использования основных производственных и оборотных средств хозяйства
1.5 Анализ состояния отраслей растениеводства и. животноводства
1.6 Анализ использования трудовых ресурсов
1.7 Анализ финансово-экономического состояния хозяйства
1.8 Общие выводы по анализу хозяйственной деятельности
2 Инженерно-технологическое обоснование проекта
2.1 Агротехнические требования к плугам
2.2 Обзор существующих конструкций
2.3 Выбор прототипа и обоснование модернизированной конструкции оборотного плуга
2.4. Расчет основных технологических и конструктивных параметров
2.4.1 Сравнительный анализ сменный выработки оборотных и необоротных плугов
2.4.2 Расчет производительности машины
2.4.3 Расчет основного вала на прочность с использованием программы АРМ FEM.
2.4.4 Расчет гидроцилиндра
2.4.5 Выбор подшипников
2.5 технические задания на разработку
3 БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА
3.1 Обеспечение условий безопасности труда
в СПК «Агидель»
3.2 Мероприятия по охране окружающей среды
3.3 Мероприятия по защите населения и материальных ценностей
в чрезвычайных ситуациях
4 Педагогическая часть
4.1 Концептуальные положения и перспективы профессионального обучения молодежи в системе НПО


4.2 Общая характеристика дисциплины «Тракторы и сельскохозяйственные машины» и темы дипломного проекта «Машины для обработки почвы»
4.3 Требования к уровню освоения содержания дисциплины
4.4 Технологический ресурс современного обучения
4.5 Обучение как педагогический процесс
4.6 Межпредметные и внутрипредметные связи темы
4.7 Воспитательные и развивающие возможности темы
Учебного занятия
4.8 Методическая разработка занятия по теме «Плуги»
5 Технико-экономическое обоснование
Заключение
Библиографический список 
Приложения


 ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

 Агротехнические требования к плугам
Зяблевую вспашку старопахотных земель и первичную вспашку целинных земель выполняют лемешными плугами с предплужниками. Перепашку пара и запашку навоза проводят без предплужников. В районах недостаточного увлажнения пашут без оборота пласта. Задернелые почвы обрабатывают с оборотом, но без рыхления пласта (для рыхления применяют другие орудия). На почвах, засоренных камнями, используют плуги с предохранителями.
Вспашку проводят в агротехнические сроки на глубину не менее 20 см, а на почвах с недостаточной толщиной пахотного слоя — на его полную глубину с постепенным углублением (для дерново-подзолистых почв по 4...5 см ежегодно) почвоуглубителями. В результате ежегодной вспашки плужная подошва уплотняется. Чтобы ее разрушить, периодически увеличивают глубину вспашки до 25...27 см или проводят рыхление чизельными плугами. Под посевы кукурузы поле пашут на глубину 28...32 см.
Отклонение среднеарифметического значения фактической глубины вспашки от заданной не должно превышать ±5% на ровных участках и ±10% на неровных. Отклонение фактической ширины захвата плуга от конструктивной допускается на ±10%.
При вспашке добиваются, чтобы ширина и толщина пластов были одинаковыми, растительные остатки и удобрения полностью заделаны, а гребни пластов имели одинаковую высоту (не более 5 см). Не допускаются высокие свальные гребни, глубокие развальные борозды между отдельными проходами и скрытые огрехи (непропаханные участки).


2.2 Обзор существующих конструкций
Поворотный механизм плуга фирмы "lemken". Плуг снабжен рамой 3 (рисунок 2.1), к которому присоединено с помощью гидроцилиндров 2 вал крепления корпусов плуга 4. На вале установлены парами правооборачивающие и левооборачивающие корпуса5. Пар корпусов может быть от пяти до восьми. вал крепления корпусов плуга 4 поворачивается относительно продольной горизонтальной оси на угол 180° под воздействием механизма поворота.



1 - колесо трактора; 2- гидроцилиндры; 3- рама;
4 - вал крепления корпусов плуга; 5-корпуса плуга;
6 - подвеска трактора.
Рисунок 2.1 Поворотный механизм плуга фирмы "Lemken"

Плуг снабжен рамой 3 (рисунок 2.1), к которому присоединено с помощью гидроцилиндров 2 вал крепления корпусов плуга 4. На вале установлены парами правооборачивающие и левооборачивающие корпуса5. Пар корпусов может быть от пяти до восьми. вал крепления корпусов плуга 4 поворачивается относительно продольной горизонтальной оси на угол 180° под воздействием механизма поворота.
При подаче масла в полости первого гидроцилиндра его шток начинает работать на выталкивание, а шток второго гидроцилиндра, и поворачивает вал крепления корпусов плуга в положение, при котором правооборачивающие корпуса устанавливаются в нижнее (рабочее) положение, а левооборачивающие - в верхнее (нерабочее) положение. Верхняя мертвая точка преодолевается с помощью второго гидроцилиндра.
Недостатком поворотного механизма плуга фирмы "Lemken" является использование двух гидроцилиндров, что приводит к увеличению массы плуга, использованию в два раза больше гидрошлангов.
Оборотным плугом поле пашут челночным способом без разбивки на загоны. В конце поля раму плуга поворачивают на угол 180°. При вспашке на склонах плуг движется поперек склона, а пласты отваливают вниз по склону. Ширина захвата плуга составляет 150-360 см. Его агрегатируют с трактором. Рабочая скорость агрегата достигает 15 км/ч.


Рисунок 2.2 Общий вид поворотного механизма плуга фирмы "Lemken"

Поворотный механизм плуга фирмы "Ibus". Плуг снабжен рамой 3 (рисунок 2.3),к которому установлены парами правооборачивающие и левооборачивающие корпуса5. Пар корпусов может быть от пяти до восьми. Корпуса поворачивается относительно продольной горизонтальной оси на угол 90° под воздействием механизма поворота.


1 - колесо трактора; 2 - гидроцилиндр; 3 – рама;
4 - рама крепления корпуса плуга; 5 - корпус плуга;
6 - подвеска трактора.
Рисунок 2.3 Поворотный механизм плуга фирмы "IBUS"

С помощью гидроцилиндра 2 корпуса плугов поворачивают корпуса на 〖90〗^0 котором правооборачивающие корпуса устанавливаются в нижнее (рабочее) положение, а левооборачивающие - в верхнее (нерабочее) положение.
Недостатком является не устойчивое поведение плуга в склонах.

Рисунок 2.4 Общий вид поворотного механизма плуга фирмы "IBUS"
Поворотный механизм плуга фирмы "Gregoire besson". Плуг снабжен симметричной рамой 3 (рисунок 2.5), поворачивающейся относительно продольной горизонтальной оси на угол 180° под воздействием механизма поворота. На раме установлены парами правооборачивающие и левооборачивающие корпуса. Пар корпусов может быть три или четыре. Корпус гидроцилиндра 2 закреплен шарнирно на кронштейне навески 6, а его шток кинематически связан со звеньями механизма поворота.


1 - колесо трактора; 2 - гидроцилиндр; 3 – рама;
4 - рама крепления корпуса плуга; 5 - корпуса плуга;
6 - подвеска трактора; 7 - рейка; 8 - шестерня.
Рисунок 2.5 Поворотный механизм плуга фирмы "Gregoire Besson"

При подаче масла в верхнюю полость гидроцилиндра шток пе-ремещается и приводит в движение рейку 7, который с помочью шестерни 8 поворачивает раму плуга в положение, при котором правооборачивающие корпуса устанавливаются в нижнее (рабочее) положение, а левооборачивающие - в верхнее (нерабочее) положение. При подаче масла в нижнюю (штыковую) полость гидроцилиндра шток перемещается вверх и переводит в рабочее положение левооборачивающие корпуса. Глубину вспашки регулируют с помощью болтов, изменяя положение опорного колеса.
Недостатком поворотного механизма плуга фирмы "Gregoire Besson" является использование рейки, что приводит к увеличению массы плуга, его габаритность.
Поворотный механизм плуга "ПОН-3-30". Плуг снабжен симметричной рамой 3 (рисунок 2.6), поворачивающейся относительно продольной горизонтальной оси на угол 180° под воздействием механизма поворота. На раме установлены парами правооборачивающие и левооборачивающие корпуса 5. Пар корпусов может быть три или четыре. Корпус гидроцилиндра 2 закреплен шарнирно на кронштейне навески 6, а его шток кинематически связан со звеньями механизма поворота.



1 - колесо трактора; 2 - гидроцилиндр; 3 - основной вал;
4 - рама крепления корпуса плуга; 5 - корпуса плуга;
6 - подвеска трактора; 7 - зубчатой сектор; 8 - шестерня.
Рисунок 2.6 Поворотный механизм плуга "ПОН-3-30"

При подаче масла в верхнюю полость гидроцилиндра шток перемещается и приводит в движение зубчатой сектор 7, который с помочью шестерни 8 поворачивает раму плуга в положение, при котором правооборачивающие корпуса устанавливаются в нижнее (рабочее) положение, а левооборачивающие - в верхнее (нерабочее) положение. При подаче масла в нижнюю (штыковую) полость гидроцилиндра шток перемещается вверх и переводит в рабочее положение левооборачивающие корпуса. Глубину вспашки регулируют с помощью болтов, изменяя положение опорного колеса.
Оборотным плугом поле пашут челночным способом без разбивки на загоны. В конце поля раму плуга поворачивают на угол 180°. При вспашке на склонах плуг движется поперек склона, а пласты отваливают вниз по склону. Ширина захвата плуга ПОН-3-30 составляет 120 см.
Поворотный цепной механизм плуга АС 2300180 c, 1987. Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к навесным оборотным плугам, монтируемым на тракторах и предназначенным для гладкой пахоты различных почв под зерновые и технические культуры (рисунок 2.7).
Недостатком этого устройства является использование цепной передачи, так как цепная передача изнашивается быстро, что приводит к разрыву этих цепей. Большая габаритность.
Навесной оборотный плуг содержит монтируемую на тракторе поперечную навесную балку с вертикальной стойкой, оборотную раму с осью, шарнирно соединенной с навесной балкой с возможностью относительного поворота в вертикальной плоскости, левые и правые плужные корпуса, закрепленные с обеих сторон рамы, опорные колеса и устройство реверсивного поворота рамы, включающее исполнительный механизм, взаимодействующий с рамой, и привод, выполненный в виде гидроцилиндра, корпус которого шарнирно соединен с вертикальной стойкой навесной балки, а шток шарнирно соединен с исполнительным механизмом.


1 - колесо трактора; 2 - гидроцилиндр; 3 - основной вал;
4 - рама крепления корпуса плуга; 5 - корпуса плуга;
6 - подвеска трактора; 7 - ведущее колесо;
8 - ведомое колесо; 9 - цепь.
Рисунок 2.7 Поворотный цепной механизм плуга АС RU 2300180 C1

Исполнительный механизм устройства реверсивного поворота рамы выполнен в виде цепной передачи с понижающим передаточным отношением, ведущая звездочка которой с возможностью поворота шарнирно закреплена на оси, горизонтально закрепленной на вертикальной стойке навесной балки, ведомая звездочка жестко посажена на ось поворотной рамы, а шток гидроцилиндра шарнирно соединен с ведущей звездочкой посредством цапфы, эксцентрично закрепленной на диске упомянутой ведущей звездочки. Это позволит преобразовать поступательное перемещение штока гидроцилиндра в поворотное движение рамы с помощью простой передачи вращения.
Поворотный механизм плуга ас 2109418 c1. Использование: сельскохозяйственное машиностроение, в частности для тракторных навесных оборотных плугов для гладкой пахоты (рисунок 2.8).


1 - колесо трактора; 2 - гидроцилиндр; 3 - основной вал;
4 - рама крепления корпуса плуга; 5 - корпуса плуга;
6 - подвеска трактора.
Рисунок 2.8 Поворотный механизм плуга АС RU 2109418 C1

Сущность изобретения: тракторный навесной оборотный плуг для гладкой пахоты содержит поворотную раму с жестко закрепленными на ней рабочими органами, неповоротную часть, соединенную с трактором, механизм поворота рамы плуга в вертикальной плоскости в виде гидроцилиндра. Шток гидроцилиндра установлен штоком вниз под углом к продольно-вертикальной осевой плоскости плуга. На неподвижной части рамы закреплены жесткие упоры. На поворотной части рамы установлено опорное колесо. Плуг снабжен также поворотным рычагом, один конец которого шарнирно соединен с проушиной цилиндра, а другой конец - шарнирно закреплен на вертикальной стойке неповоротной части плуга с возможностью поворота его в вертикальной плоскости. Справа и слева от оси поворота поворотного рычага по горизонтали расположены упоры.
Устройство работает следующим образом.
После работы правооборачивающими 5 корпусами при прямом ходе агрегата, на обратном ходе агрегата вступают в работу левооборачивающие 5 корпуса. В начальный момент времени при смене корпусов верхняя проушина 2 цилиндра расположена справа от вертикали на расстоянии , равном длине рычага , а рычаг опирается на один из упоров рычага. При движении штока гидроцилиндра вверх происходит поворот подвижной части рамы 3 с закрепленными на ней рабочими органами вокруг оси неповоротной части плуга 3. Но, так как проушина цилиндра 2 расположена справа на расстоянии от вертикали, и при достижении крайнего верхнего положения поршня гидроцилиндра центр тяжести поворотной части рамы с закрепленными на ней рабочими органами проходит вертикальное положение и смещается вправо на угол, создавая опрокидывающий момент.
При движении поршня гидроцилиндра вниз рама плуга продолжает поворот вправо до фиксации ее на жестком упоре. При этом поршень гидроцилиндра находится в крайнем нижнем положении, а верхняя проушина гидроцилиндра, закрепленная на подвижном рычаге , тоже поворачивается до положения, когда продольная ось поворотного рычага и продольная ось гидроцилиндра совместятся в прямую линию, проходящую через ось поворотного рычага, при этом произойдет окончательная фиксация рамы плуга. При этом рычаг будет расположен наклонно и при дальнейшем движении поршня цилиндра опустится до упора, расположенного по горизонтали на уровне оси его вращения, по другую сторону относительно продольной оси неподвижной части плуга. Система занимает положение необходимое для начала нового поворота в "обратном" направлении.





 Выбор прототипа и обоснование модернизированной конструкции оборотного плуга.
Выбираем прототипом поворотный механизм по АС No 1696824.
Устройство для поворота вала оборотного плуга, содержащее раму 1, на которой смонтированы гидропривод с гидроцилиндром 3, имеющим проушину на цилиндре, шарнирно соединенную с рамой, и установленным штоком вниз под углом к продольно-вертикальной осевой плоскости плуга, вал с зажимом для крепления оборотного плуга 7, расположенные по обе стороны от вала упоры и шарнирно-рычажной механизм, входное звено которого шарнирно соединено со штоком гидроцилиндра, а выходное взаимосвязано с валом, отличающееся тем, что вал выполнен с двумя окружными пазами на его наружной поверхности и снабжен ограничителем поворота вала, в частности на пол-оборота, периодически взаимодействующим с упорами рамы, шарнирно-рычажный механизм включает установленный на валу с возможностью ограниченного поворота корпус с осью, шарнирно соединенной со штоком гидроцилиндра, и коромысло, установленное на оси корпуса с возможностью свободного качения и взаимодействия с одним из окружных пазов вала, при этом в другом окружном пазу установлен ограничитель поворота корпуса относительно вала.
Техническим результатом заявляемого устройства является расширение технических возможностей, уменьшение габаритов, повышение надежности, простота и удобство обслуживания.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для поворота вала оборотного плуга, содержащем раму, на которой смонтированы гидропривод с гидроцилиндром, имеющим проушину на цилиндре, шарнирно соединенным с рамой, и установленным штоком вниз под углом к продольно-вертикальной осевой плоскости плуга, вал с зажимом для крепления оборотного плуга, расположенные по обе стороны от вала упоры и шарнирно-рычажный механизм, входное звено которого шарнирно соединено со штоком гидроцилиндра, а выходное - взаимосвязано с валом, вал выполнен с двумя окружными пазами на его наружной поверхности и снабжен ограничителем поворота вала, в частности на пол-оборота, периодически взаимодействующим с упорами рамы, шарнирно-рычажный механизм включает установленный на валу с возможностью ограниченного поворота корпус с осью, шарнирно соединенной со штоком гидроцилиндра, и коромысло, установленное на оси корпуса с возможностью свободного качения и взаимодействия с одним из окружных пазов, при этом в другом окружном пазу установлен ограничитель поворота корпуса относительно вала.
Устройство для поворота вала оборотного плуга работает следующим образом. Поворот вала 7 оборотного плуга (не показан) осуществляется только при наличии закрепленного посредством зажима 8 на валу 7 оборотного плуга.
При нахождении механизма в исходном положении, например крайнем левом, при котором ограничитель 15 поворота вала 7 взаимодействует с левым от вала 7 упором 9 рамы 1, а оборотный плуг (не показан), закрепленный посредством зажима 8 на валу 7, находится слева от продольно-вертикальной осевой плоскости 6, вал 7 удерживается от поворота с одной стороны гидравлическим усилием гидроцилиндра 3, шток которого находится в крайнем нижнем положении, а с другой стороны ограничителем 16, взаимодействующим с торцом окружного паза 14. При этом ось 11 коромысла 12 занимает исходное положение - под углом вниз от горизонтали, а между коромыслом 12, взаимодействующим с окружным пазом 13, и торцом паза существует зазор (примерно 2 мм). При подаче давления в штоковую полость гидроцилиндра 3 шток 5, поднимаясь вверх, через ось 11 шарнирно-рычажного механизма 10 тянет за собой коромысло 12, которое, пройдя путь зазора, упрется в торец паза 13 вала 7.

1 - корпус; 2 - соединительные шланги; 3 - гидроцилиндр;
4 - малая ось; 5 - стойка; 6 - крышка; 7 - вал;
8 - переходник; 9 - стопор;10 - коромысло;
11 - ось; 12 - стойка; 13 - подшипник.
Рисунок 2.9 Механизм поворота

В результате чего начнет поворачиваться вал 7, и происходит поворот вала 7 вместе с оборотным плугом до тех пор, пока шток 5 гидроцилиндра 3 совершит полный ход. Одновременно вслед за перемещением оси 11 и поворотом коромысла 12 происходит поворот корпуса 10 на валу 7 и жестко связанного с корпусом 10 ограничителя 16, передвигающегося в окружном пазу 14. При достижении крайнего верхнего положения поршня ось 11 коромысла 12 с исходного положения - под углом вниз от горизонтали займет вертикальное положение, совпадающее с продольно-вертикальной осевой плоскостью 6 плуга, а вал 7 вместе с оборотным плугом повернется на угол 90°+, перейдя верхнюю мертвую точку, находящуюся на вертикали. При этом центр тяжести поворачиваемого механизма переместится с левой стороны относительно продольно-вертикальной осевой плоскости 6 на правую сторону, создавая опрокидывающий момент. Причем чем больше угол , тем больше плечо центра тяжести поворачиваемого механизма и тем больше опрокидывающий момент. Подают давление в поршневую полость гидроцилиндра 3. Под действием чего поршень со штоком 5 идет вниз, а вал 7 под действием опрокидывающего момента продолжает поворот вправо до момента фиксации его ограничителем 16, взаимодействующим с другим торцом окружного паза 14, а между коромыслом 12 и торцом окружного паза 13 вновь имеет место зазор. Причем при перемещении штока 5 вниз коромысло 12, свободно качающееся на оси 11 корпуса 10, под действием собственного веса изменяет свое положение. Конец коромысла 12, ранее взаимодействующий с торцом окружного паза 13 (правый конец), выходит из паза 13, а другой его конец (левый), который ранее размещался в промежутке между корпусом 10 и валом 7, наоборот, прижимается к наружной поверхности вала 7. При дальнейшем повороте вала 7 (по часовой стрелке) его ограничитель 15 доходит до правого упора 9 рамы 1, а левый конец коромысла 12, скользя по наружной поверхности вала 7, входит в окружной паз 13. При этом поршень со штоком 5 находится в крайнем положении, механизм поворота вместе с оборотным плугом находится в исходном крайнем правом положении. Устройство готово для начала нового поворота, но в обратном направлении, то есть справа налево, аналогичном повороту в направлении слева направо.
Предлагаемая конструкция оборотного плуга с механизмом его поворота обеспечивает расширение технических возможностей, уменьшение габаритов, повышение надежности, повышение производительности, простату и удобство обслуживание.

ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет»

Факультет: механизации сельского хозяйства
Кафедра: сельскохозяйственные машины
Специальность:110301 «механизация сельского хозяйства»
Специализация: эксплуатация сельскохозяйственной техники
Форма обучения: очная
Курс, группа: 5, М502
ГАЛИУЛЛИН ВАДИМ ИЛЬДАРОВИЧ

МОДЕРНИЗАЦИЯ КУЛЬТИВАТОРА КПС - 4
Дипломный проект















«К защите допускаю»
Зав. кафедрой:
д.т.н. Мударисов С.Г. _________________
(подпись)

“____”________2011 г.  Руководитель: д.т.н., профессор Давлетшин М. М.

_________________
(подпись)

Консультанты:
-по экономике: ст. преп. Сафина З.Ф

_________________
(подпись)

-по безопасности и Экологичности
проекта: к.т.н., доцент Кабашов В. Ю.

_________________
(подпись)

Нормоконтроль: ассистент Атнагулов Д.Т.

_________________
(подпись)

Рецензент: д.т.н. профессор Юхин Г.П

________________
(подпись)
Уфа 2011