Модернизация сеялки СЗС-2,1 (конструкторская часть дипломного проекта)

СОДЕРЖАНИЕ

3 КОНСТРУКТИВНАЯ РАЗРАБОТКА ......
3.1 Обоснование модернизации прикатывающего катка сеялки ....
3.2 Устройство модернизированного прикатывающего катка сеялки СЗС-2,1
3.3 Расчет сварного шва соединения прутка с уплотняющим ободом
3.4 Расчет вала катка на изгиб ......
3.5 Расчет болтового соединения




Министерство образования и науки Республ
3 КОНСТРУКТИВНАЯ РАЗРАБОТКА

3.1 Обоснование модернизации прикатывающего катка сеялки

В настоящее время для прикатывания почвы широко используются катки, входящие в состав сеялочных и почвообрабатывающих агрегатов, а также катки в виде отдельных орудий. Среди прикатывающих катков, входящих в состав посевных рабочих органов стерневых сеялок-культиваторов типа СЗС и СТС, а также в ряде посевных комплексов зарубежных производителей, широко используются клиновидные катки металлической конструкции. Они предназначены, прежде всего, для уплотнения слоя почвы с семенами. Однако, они формируют неровный, гребнистый рельеф поверхности поля. Указанное представляет серьезную проблему, к примеру, затрудняется работа комбайнов осенью во время уборки поперек направления. Поэтому, после их прохода требуется до-полнительное выравнивание поверхности поля.
Помимо клиновидных катков, используются также однорядные кольчато-шпоровые катки в составе сеялок. Они, в сравнении с клиновидными катками, более равномерно выравнивают поверхность поля в пределах ширины катков. Однако, одним из основных недостатков кольчато-шпоровых катков является то, что они чрезмерно заделывают стерню в почву, снижая ветроустойчивость поверхности. Кроме того, во влажных условиях они склонны к залипанию и забиванию, особенно на тяжелых по механическому составу почвах с повышенной влажностью. Это приводит нарушению процесса прикатывания, в частности, приводит к сгруживанию почвы и выносу семян на дневную поверхность поля. При этом, чистики не предотвращают данное явления.
Широкое применение в производстве нашли однооперационные орудия с кольчато-шпоровыми катками. Однако, в производственной практике выравнивание поверхности поля кольчато-шпоровыми катками осуществляется за счет дополнительной операций после посева.
Сокращение операции дополнительного прикатывания почвы и выравнивания поверхности поля путем модернизации конструкции прикатывающего катка сеялки позволяет повысить производительность, снизить расход топлива, затраты труда, а также снизить негативное влияние на переуплотнение почвы.
В последнее время на сеялках для посева зерновых культур начали применять прутковые (струнные) катки. Такие катки обеспечивают сплошное прикатывание, дробление крупных комков и выравнивание поверхности почвы. Однако они не обеспечивают требуемое качество по уплотнению слоя почвы над семенами по следу сошников.
В связи с этим решением проблемы видится модернизация конструкции прикатывающего катка сеялки путем использования усовершенствованного пруткового (струнного) катка. Использование усовершенствованного пруткового катка позволяет за проход выполнить качественное уплотнение слоя почвы над семенами по следу сошников и выравнивание поверхности поля. За счет выполнения операции по уплотнению и выравниванию почвы за один проход обеспечивается сокращение количества операции, что позволяет повысить эксплуатационные характеристики сеялки.
Таким образом, в конструктивной разработке предлагается модернизация прикатывающего катка сеялки СЗС-2,1.

3.2 Устройство модернизированного прикатывающего катка сеялки СЗС-2,1

Модернизация прикатывающего катка сеялки СЗС-2,1 заключается в использовании усовершенствованного пруткового (струнного) катка. Схема сеялки СЗС-2,1 с модернизированным катком представлена на рисунке 3.1.


1 – прицеп; 2 – тяга; 3 – бункер; 4 – рама; 5 - каток;
6 – колесо опорное; 7 – сошник; 8 – тяга
Рисунок 3.1 – Схема модернизированного прикатывающего катка
сеялки СЗС-2,1

Модернизированный прикатывающий каток служит для прикатывания почвы с семенами и выравнивания поверхности поля во время посева. Модернизированный прикатывающий каток сеялки СЗС-2,1 состоит из рамы катка 1, пруткового барабана 2 и уплотняющего обода 3, рисунок 3.2.
Усовершенствование пруткового катка заключается в том, что он имеет уплотняющий обод 3. Он служит для уплотнения почвы над семенами и тука-ми, высеянными сошниками. Прутки 2 привариваются на уплотняющие ободья 3 изнутри, при этом ободья располагаются строго за сошниками в их продольной плоскости симметрии. Благодаря этому обеспечивается уплотнение надсеменного слоя почвы строго по следу сошников.


1 – рама; 2 – прутковый барабан; 3 – уплотняющий обод
Рисунок 3.2 – Модернизированный прикатывающий каток

Рабочий процесс осуществляется следующим образом. При рабочем ходе формируя в почве узкую щель, в которой на заданной глубине перемещается сошник с анкерным наральником, семена и гранулированные минеральные удобрения самотеком поступают из зернотукового ящика, дозируются и подаются через семяпроводы в семянаправительную воронку и далее на дно борозды. При рабочем ходе сошник, заглубляясь в почву на заданную глубину, разрыхляя и подрезая сорняки, приподнимает верхний слой почвы и обеспечивает высев семян. Из зернотукового ящика семена и минеральные удобрения подаются через высевающее устройство по семятукопроводам на дно борозды. После прохода сошника, почва по его следу осыпается, закрывая семена и туки, а идущий следом за сошником уплотняющий обод катка уплотняет почву с высеянными семенами. При этом, поверхность поля равномерно прикатывается и выравнивается прутками катка.
Таким образом, модернизация прикатывающего катка путем его совер-шенствования позволяет добиться выравнивания поверхности поля с достаточным уплотнением надсеменного слоя почвы и формированием мелкогребнистой, ветроустойчивой поверхности поля. За счет выполнения операции по уплотнению и выравниванию почвы за один проход обеспечивается сокращение количества операции, что позволяет повысить эксплуатационные характеристики сеялки.



3.3 Расчет сварного шва соединения прутка с уплотняющим ободом

Рассчитываем на прочность сварной шов соединения прутка 1 и уплот-няющего обода 2, рисунок 3.3. Соединение прутка 1 с уплотняющим ободом 2 выполнено сварным швом внахлест без скоса кромок, односторонним по ГОСТ 5264-80-Н1 с катетом шва 5 мм. На сварное соединение действует массы катка и реакция почвы, действующей на натяжной каток. Основным требованием при проектировании сварных конструкций является обеспечение равнопрочности шва и соединяемых деталей.


1 – пруток; 2 – уплотняющий каток
Рисунок 3.3 – Эскиз сварного соединения

Допускаемое усилие для растяжение Р определяется как [19]:

Р= 0,7·[ τ’ср] K·l,     (3.1)

где K – катет шва; не должна превышать 1,2·S (S – наименьшая толщина свариваемых элементов)
l – длина шва, мм;
[τ'cp] – допускаемое напряжение для сварного шва на срез.
Допускаемое напряжение для сварного шва на срез [τ'cp] равно для стали Ст3 [τ'cp] = 75 МПа [20].

Р = 0,7·75 5·10=2625 Н     (3.2)

При сварке допускаемое напряжение для сварного шва на срез [τ'cp] равно:

[τ'cp] = 0,6·[σр]     (3.3)

где [σр] – допускаемые напряжения при растяжении, МПа.
Из условия (3.3) рассчитываем:
[τ'cp] = 0,6·90 = 54 ≤ 75 МПа.

Таким образом, условие прочности при растяжении шва выполняется.

3.4 Расчет вала катка на изгиб

Проведем расчет вала модернизированного прикатывающего катка на прочность. Принимаем, что на равномерно нагруженный вал катка действует изгибающий момент Р. Принимаем максимальное значение силы, действующей на вал Р=2 кН, рисунок 3.4. Рассчитываем изгибающий момент, действующий на вал, рассматривая его как балку, закрепленную на двух шарнирно-неподвижных опорах на концах, рисунок 3.4.



Рисунок 3.4 – Схема для расчета изгибающего момента Миз

Определяем реакции на опорах балки. При этом, принимаем, что балка равномерно и симметрично нагружена, т.е. RA=RB.
Реакции на опорах относительно В:

; - RА•l + Р•l/2=0.

Подставив значения, получим:

; - Rа•2100 + 2000•2100/2=0.

Тогда, реакция в опоре А будет равна:

RА = 1000 Н.

Определяем максимальный изгибающий момент на валу по следующей формуле:

Миз = .      (3.4)

По формуле (3.4) находим Миз =2100/2•1000=1050000 Н•мм.
Определяем осевой момент сопротивления вала при изгибе по форму-ле[20]:

,     (3.5)

где  dп – диаметр вала, мм.
По формуле (3.5) получаем:

Wс=0,1•503 = 12500 мм3.

Определяем напряжение на валу от изгибающего момента Миз max. Проверяем его в соответствии с условием прочности [20]:

σ = Миз / Wс ≤ σпр,     (3.6)

где  σпр – допустимое предельное напряжение, для Ст.30 σпр=650 Н/мм2 [20];
Подставив значение в формулу (3.6), получим:

σ = 1050000 / 12500 = 84 Н/мм2 ≤ 650 Н/мм2.

Таким образом, при действии максимального изгибающего момента ус-ловие прочности вала выполняется.

3.5 Расчет болтового соединения

Прикатывающий каток крепится четырьмя болтами к раме.
При затяжке болта в нем возникает максимальная сила F (рисунок 3.5):

, Н     (3.7)

где d1 – внутренний диаметр резьбы, d1=18,37 мм;
 σр – допускаемое напряжение при растяжении:
       (3.8)

где  σТ – предел текучести материала болта, σТ =360 МПа;
 [S] – требуемый коэффициент запаса при неконтролируемой затяжке, [S]=3.

Н/мм2.

Н.

Момент затяжки болта определяется:

    (3.9)

где f – коэффициент трения стали о сталь, f =0,15;
  ρ1 – угол трения в резьбе, град, ρ =arcrg f;
  ψ – угол подъема резьбы;
  d – наружный диаметр резьбы;
 d2 – средний диаметр резьбы.

    (3.10)

где  ;
 dm – средний диаметр опорной поверхности гайки, dm =24 мм.


Н•мм

Необходимое усилие на ключе при затяжке определяется:

      (3.11)

где  l1 – длина рукоятки стандартного ключа, l1 =15d;

Н.

  Проверим витки болта и гайки на смятие и срез. Среднее смятие в резьбе определим по формуле:

   (3.12)

где  Z – число витков по длине свинчивания, шт.

      (3.13)

где  Н – длина свинчивания,Н=35 мм;
 Р – шаг резьбы, Р=2,5 мм.

шт.     (3.14)

где d1 – внутренний диаметр резьбы, мм;
d2 – средний диаметр резьбы, мм;
d – наружный диаметр резьбы, мм;
KM – коэффициент неравномерности нагрузки по виткам резьбы, KM=0,6...0,7.
По ГОСТ 9150-59 d1 =18,37 мм, d2 =19,02 мм, d=20 мм, для стали 45 [σCM]=0,8σT, где σT=360 МПа.

Тогда

МПа;  (3.15)

[σCM]=0,8·360=288 МПа.

Условие: 54,7<288 МПа показывает о способности резьбового соединения надежно работать на смятие.



Рисунок 3.5 – Схема резьбового соединения:

Касательные напряжения среза резьбы определяются:
- для болта

,      (3.16)

где  R - коэффициент полноты резьбы R=0,87 для треугольной резьбы.

МПа;
- для гайки:

     (3.17)

МПа;


Болт и гайка изготовлены из стали 45:

      (3.18)

      (3.19)
Это указывает на необходимость увеличения диаметра болта и гайки или применения лучшего материала. Для стали

    45

     МПа;

Тогда 57,6>37,4 МПа, 57,6>34,4 МПа, что указывает на надежность работы соединения.