Проект орудия для обработки почвы в зоне радиоактивного загрязнения с разработкой темы урока: «Рабочие органы орудий для основной обработки почвы, загрязнённой радионуклидами» с модернизацией плуга ПН-4-35

Дипломный проект состоит из поясни-тельной записки, которая содержит 85 страниц печатного текста, 13 таблиц, 21 рисунков, содержит 17 источников литературы, и приложений 7.


Целью данного дипломного проекта является создание орудия для обра-ботки почвы, загрязнённой радионуклидами.
Первая глава содержит теоретические обоснования темы проекта и задачи проектирования.
Во второй главе происходит обзор существующих конструкций для обработки почвы, загрязнённой радионуклидами.
В третьей главе рассматривается обоснование технологической схемы плуга, проектируем орудие для обработки почвы, загрязнённой радионуклидами в четвертой главе рассчитываем детали на прочность.
В пятой главе разрабатываем мероприятия по охране труда, в шестой определяем технико-экономические показатели, а в седьмой составляем методику проведения заданного урока.
Все разделы выполнены в текстовом редакторе Microsoft Word



СОДЕРЖАНИЕ
Введение…
1 Обоснование темы проекта…
1.1 Образование загрязненной местности Восточно-уральского радиационного следа
1.2 Хозяйственная деятельность в зоне ВУРСа
1.3 Распределение радионуклеидов по пахотному слою .
1.4 Влияние различных способов обработки загрязненной почвы на распределение радионуклеидов в пахотном горизонте и их переход в растения
1.5 Основные агротехнические требования к обработке почв, загрязненных радионуклеидами
2. Проектно-конструкторская часть
2.1 Анализ существующих конструкций
2.2 Машины и орудия для обработки нетронутых почв с поверхностным загрязнением радионуклеидами …
2.3 Описание плуга
2.4 Обоснование режима работы и расчет деталей на прочность
2.5 Силовой анализ плуга и выбор трактора
2.6 Габаритные размеры рабочих органов плуга
2.7 Расчет размеров черенкового ножа
2.8 Проверочный расчет нижней тяги крепления трактора к плугу …
2.9 Проверочный расчет стойки корпуса …
2.10 Расчет раскоса
2.11 Расчет крепления стойки …
2.12 Продольная устойчивость агрегата
3. Охрана труда …
3.1 Организационные и технические мероприятия
3.2 Инструкция по охране труда для обслуживающего персонала при работе в условиях радиоактивного загрязнения территории …
4. Определение технико-экономических показателей
4.1 Исходные технико-экономические показатели
4.2 Расчет технико-экономических показателей
4.3 Определение показателей эффективности показателей новой техники
4.4 Снижение эксплуатационных издержек (себестоимости) при внедрении новой техники
Заключение
Список использованной литературы
Приложение А. Спецификация




2. Проектно-конструкторская часть

2.1 Анализ существующих конструкций

Распределение радионуклидов на нетронутых почвах изучалось отечест-венными и зарубежными учеными. Так, процентное содержание радиостронция, в слое 0...5 см, по данным ученых различных стран, выглядит следующим образом: 78,5% (СССР), 85,0% (ФРГ), 97,0% (Норвегия), 74,8% (Швеция), 75,0%) (США).
Известны несколько способов обработки нетронутых почв с поверхност-ным загрязнением радионуклидами:
- механический - загрязненный пласт почвы подрезается и транспортируется к специальным местам хранения; для этой цели используются дорожные грейдеры, бульдозеры, скреперы. При этом способе очищение почвы достигает 87... 100%;
- химико-мелиоративный - на загрязненную поверхность вносят растворы солей или кислот (А1С1, FeCl3, H2S04, NaCl) с целью вытеснения радионуклидов из почвенно-поглотительного комплекса (ППК) и образования нерастворимых соединений, которые затем вымываются в нижележащие слои. Способ достаточно эффективен.
Например, 44% стронция-90 уносится за пределы 90-сантиметрового слоя; - физико-химический - на загрязненную поверхность наносят специальные связывающие эмульсии (фурфурол, органические асфальтовые эмульсии, анилин, продукты перегонки нефти), которые позволяют фиксировать радионуклиды и создают условия для их сорбции минеральными компонентами почвы;
- агротехнический - поверхностный загрязненный слой подрезается и транспортируется в подпахотный горизонт для захоронения. Для этой цели применяют плантажные, ярусные плуги, плуги для обработки солонцовых почв, а также специально разработанные, этот способ
применяется также в комплексе с последующими операциями: подрезанием корневой системы растений, созданием гербицидных прослоек (мазут, дизтопливо, отработанное масло) между очищенной и неочищенной почвой с целью предотвращения распространения корневой системы растений [3].
Таким образом, существующие способы обработки нетронутой почвы с поверхностным загрязнением радионуклидами могут быть весьма эффективны для реабилитации почв. При выборе того или иного способа необходимо иметь в виду:
- эффективность способа по очистке почвы от радионуклидов или сниже-нию их вредного влияния;
-влияние технологии на урожайность культурных растений и плодородие почвы;
- экономические затраты.
При аварийных выбросах в различные годы, а также в проводимых экспериментах для обработки поверхностно загрязненных нетронутых почв использовались серийные машины и орудия, а также специальные приспособления к ним.
Для захоронения верхнего загрязненного слоя использовались различные отвальные плуги: обыкновенный отвальный плуг без предплужников, с предплужниками или углоснимами; плантажные и ярусные плуги; плуг для обработки солонцовых почв - переместитель горизонтов почвы; плуг кустарниково- болотный и т.п.
Для обработки нетронутых почв с поверхностным загрязнением радионуклидами, возникшим в результате аварии на Чернобыльской АЗС, использовался плуг для обработки солонцовых почв ПТН-40. Плуг переналаживали в двухкорпусной вариант, для чего снимали задний корпус, а на его место устанавливали передний. Технологический процесс осуществлялся следующим образом: основной корпус подрезал пласт и сдвигал его в сторону без оборачивания, а следующий за ним корпус подрезал загрязненный слой, оборачивал и сбрасывал на дно борозды. При последующих проходах обернутый загрязненный слой заваливался пластом, подрезаемым основным корпусом.
Применялся также плуг, разработанный в БелНИИЗ. Этот плуг очень похож на описанный выше. Конструктивная разница состоит в том, что передний корпус, имеющий винтовую лемешно-отвальную поверхность, идет на меньшую глубину, подрезает и оборачивает загрязненный слой. Функции основного корпуса - подрезать и сдвигать пласт не оборачивая [5].
Ярусная вспашка на большую глубину наиболее полно выполняет задачу транспортирования загрязненного слоя в подпахотный горизонт по сравнению со вспашкой отвальным плугом ПЛН-4-35 с предплужниками.
В научно-исследовательском сельскохозяйственном центре США (штат Мэриленд) разработан плуг, осуществляющий вспашку на глубину 90 см. Плуг трехкорпусной, первый и последний корпуса выполняют роль скреперов, а основной корпус подрезает и сдвигает пласт без оборота. Передний корпус выравнивает поверхность поля, третий подрезает и транспортирует загрязненный слой в борозду, образованную основным корпусом. В 1971 году Р.Мензель в экспериментах использовал городские подметальные машины, основным рабочим органом которых является ротор, со стальной (или другой) щеткой, двукратная обработка участка такой машиной в 10 раз уменьшала загрязненность [6].

2.2. Машины и орудия для обработки нетронутых почв с поверхностным загрязнением радионуклидами

Ярусные плуги предназначены для основной обработки малоплодородных подзолистых, солонцовых и каштановых почв с целью их корректного улучшения. Их применяют также для глубокой вспашки.
Навесной плуг ПТН-3-40 предназначен для вспашки солонцовых почв с удельным сопротивлением до 13 Н/см2, в также каштановых почв с обесструктуренным (распыленным) верхним слоем [7].
Плуг оснащен тремя корпусами 12,14 и 16 (рис. 2.1, а) для обработки верхнего яруса и тремя корпусами 13,15 и 17 для обработки нижнего яруса почвы. Корпуса закреплены на раме парами так, что корпус верхнего яруса идет впереди, а корпус нижнего яруса вслед за ним. Ширина захвата корпусов 40 см. Впереди корпусов 12, 14 и 16 установлены черенковые ножи 11. Корпуса нижнего яруса снабжены, укороченными и удлиненными отвалами. Стоики корпусов верхнего яруса можно переставлять на высоте, изменяя толщину подрезаемого ими пласта в пределах 15..25 см. Глубину хода корпусов нижнего, яруса до 40 см устанавливают винтовыми механизмами 1 и 5. Совместной регулировкой всех корпусов изменяют соотношение между толщиной пластов нижнего и верхнего ярусов.
Для вспашки солонцов (рис. 2.1, б) на корпуса 13, 15 и 17 устанавливают укороченные отвалы, а глубину хода корпусов 12, 14 и 16 регулируют на подрезание верхнего плодородного слоя. В этом случае впереди идущий корпус каждой пары подрезает верхний слой I, оборачивает его и укладывает в открытую борозду сверху на слой II/III, взрыхленный за предыдущий проход корпусом нижнего яруса. Следующий за первым корпус нижнего яруса подрезает третий карбонатный слой III и лежащий на нем солонцовый слой И, сбрасывает их с укороченного отвала и перемешивает между собой [7].
Для обработки почв с обесструктуренным верхним слоем I (рис. 2.1, в) на корпуса 13,15 и 17 устанавливают удлиненные отвалы. В этом случае корпуса 12,14 и 16 подрезают верхний слой I и сбрасывают его в открытую борозду, а корпуса 13,15 и 17 подрезают нижний слой II, поднимают его и укладывают сверху на слой I. Такую вспашку применяют также для борьбы с сорняками; они заделываются в нижние слои почвы и погибают. Плуг агрегатируют с трактором К-701. Ширина его захвата 1,2 м. рабочая скорость до 9 км/ч, производительность 0,8 га/ч.
Навесные плуги ПНЯ-6-40 и ПНЯ-4-40 предназначены для вспашки почв под технические культуры на глубину до 35 см.
Плуг ПНЯ-6-40 снабжен шестью парами корпусов. В корпусах верхнего яруса отвалы полувинтового типах, в корпусах нижнего яруса - культурного. Перед задним корпусом установлен дисковый нож. Расстановка корпусов и рабочий процесс вспашки аналогичны плугу ПТН-3-40 (рис, 2,1, в). Отличие заключается в том, что корпуса нижнего яруса укладывают пласт II с оборотом.
Плуг агрегатируют с тракторами К-701. Ширина захвата 1,4 или 2 м, рабочая скорость до 8,1 км/ч, производительность 1,5 га/ч.
В плуге ПНЯ 4-40 четыре пары корпусов. Расстановка корпусов и рабочий процесс аналогичны плугу ПД-3-35.
Навесной плуг ПД-3-35 предназначен для двухъярусной вспашки почв на глубину до 40 см. Такая вспашка обеспечивает полную заделку растительных остатков, корней сорных растений и зимующих вредителей.
В раме плуга установлены четыре корпуса 19 (рис. 2.1, г) верхнего и четыре корпуса 18 нижнего ярусов. Ширина захвата каждого корпуса 35 см. Отвалы корпусов верхнего яруса полувинтовые, корпусов нижнего яруса - культурные. Корпус верхнего яруса смещен влево относительно расположенного за ним корпуса нижнего яруса на расстояние х. Такая пара корпусов образует секцию. Корпус верхнего яруса закрепляет с правой или левой стороны брусьев рамы плуга. В первом случае поперечное смещение х корпусов составляет 65 мм, во втором - 130мм. Если на поле много растительных остатков, корпус устанавливают с большим смещением, если поле чистое - с меньшим. Передний верхний корпус 19 вырезает пласт I, и сбрасывает его на дно борозды. Идущий следом корпус 18 вырезает пласт II и с оборотом укладывает его на пласт I.
Глубину хода верхних корпусов (10, 15 и 20 см) изменяют перемещением стоек по вертикали. Глубина хода нижних корпусов (максимальная 40 см) зависит от положения опорного колеса.
Плуг агрегатируется с трактором Т-4А и Т-130. Ширина его захвата 1,05м, производительность 0,5 га/ч.
Все ярусные плуги выполнены по одной схеме. Технические характеристики ярусных плугов приведены в таблице 2.1
Машина МСП-2 предназначена для ярусной обработки солонцовых почв. Каждый из двух комбинированных рабочих органов снабжён плоскорежущей лапой 2 (рис. 2.2), фрезой 4, двумя прижимными 3 и прикатывающими 5 катками. Фреза приводится во вращение от ВОМ трактора через редуктор 9 и цепную передачу, смонтированную в полой стойке 7.
Во время работы плоскорежущая лапа подрезает почвенный пласт на глубину залегания карбонатного слоя В, приподнимает его, деформирует и рыхлит на всю
его толщину. При сходе с лемехов лапы пласт попадает под воздействие фрезы 4, ножи которой измельчают и перемешивают солонцовый Б и карбонатный В слои. Верхний плодородный слой А при такой обработке рыхлится и остаётся на месте. Катки 5 уплотняют почву. Глубину хода лапы до 40 см регулируют перемещением опорных колёс I с помощью механизма И. Машину агрегатируют с трактором К-701. ширина её захвата 2 м, рабочая скорость до 7,1 км/ч, производительность 0,8... 1,0 га/ч.

1 и 5- винтовые механизмы; 2 и 6- опорные колёса; 3- рама; 4- тяга; 7- замок навески; 8-поперечная балка; 9- кронштейн; 10- отверстия; 11- нож; 12, 14, 16 и 19- корпуса верхнего яруса; 13, 15, 17 и 18- корпуса нижнего яруса.
Рисунок 2.1 - Навесной плуг ПТН-3-40

Таблица 2.2 - Технические характеристики ярусных плугов
Парамет    Плуги   
ры       
 Односек Односек Двухсек Двухсек Трёхсек Двухсек Односек
 ционныи ционныи ционныи ционный ционныи ционныи ционныи
 трехъя трехъя трехъя трехъя двухъяр трехъя трехъя
 русный русный русный русный усныи с русный с русный
 ПТ-40 ПЯ-40 ПТ-2-30 ПЯ-2-30 удобрите удобрите ПЧЯ-40
     лями лями 
     ПЯУ-3- ПЯУ-3- 
     32 35 
Агрегатирование ДТ-54 ДТ-54а С-80 С-80 С-80 С-80 С-80
(марка трактора) Т-74 Т-74 С-100ГС С-100ГС С-100ГС С-100ГС С-100ГС
Глубина пахоты в см:       
первый ярус 10-20 10-20 10-20 10-40 15-20 10-15 10-20
второй ярус 30-40 10-45 30-40 10-45 до 60 25-30 20-40
третий ярус до 50 до 45 до 60 до 60 - - до 60
Ширина захвата корпуса в см:
первый ярус
второй ярус
третий ярус 

Ширина захвата плуга в см 40 40 60 60 96 70 60
Расстояние между кор-пусами первого и второго ярусов в мм 520 660 480 700 520 865 900
Расстояние между кор-пусами второго и третье-го ярусов в мм 720 800 800 700 680 675 1000
Расстояние между нос-ками корпусов смежных секций в мм - - 2000 1800 1200 1750 -
Расстояние от опорной плоскости корпусов до низа рамы в мм 780 780 860 800 680 900 900
Габаритные размеры в мм длина ширина высота 5500 1700 1800 5800 2100 2200 7000 2030 2200 7850 2030 1930 7500 2480 1880 7900 2200 2330 7400 3300 1950
Расчётная
производительность при работе на II передаче трактора в км/ч 0,18 0,18 0,22 0,22 0,34 0,25 0,22
Вес в кг (без запасных час-тей) 1000 1160 1800 2000 2200 1900 2500
Примечания:
1. Плуг ПУ-2-35 имеет почвоуглубитель, ширина захвата которого 32 см, а глубина обработки 10- 25 см.
2. Ширина обода колёс плугов ПТ-40 и ПТ-2-30 равна 160 мм, остальных плугов 180 мм.
3. Транспортный просвет у всех плугов одинаков и равен 170 мм.
4. Тип автомата подъёмно-установочного механизма плуга ПЯ-40 гидравлический, остальных плугов - крано-во-шестерёнчатый и гидравлический.

а- общий вид; б- схема рабочего процесса; 1- колесо; 2- плоскорежущая лапа; 3- прижимной каток; 4- фреза; 5- прикатывающий каток; 6 и 8- пружины; 7- стойка; 9- ре-дуктор; 10- навеска; 11- винтовой механизм. Рис. 2.2- Почвообрабатывающая машина МПС-2.


Направляющая парабола Изменение углов, образующих с поле-вой стороной
 
Рисунок 2.3 – Рабочая поверхность культурного корпуса.

Рисунок 2.4 – Рабочая поверхность полувинтового корпуса

Рисунок 2.5 – Рабочая поверхность винтового корпуса

Как показал анализ конструкций отвальных плугов, наиболее перспективным для условий захоронения радионуклидами почвы являются ярусные плуги. В качестве базового взят плуг ПН-4-35.

2.3 Описание плуга.
Предполагаемый плуг (рис.3.1) предназначен для вспашки почв с удель-ным сопротивлением до 150 КПа. Плуг оснащён гремя корпусами для обработки верхнего яруса, тремя корпусами - среднего и тремя корпусами для обработки нижнего яруса почвы. Корпуса закреплены на раме так, что корпус верхнего яруса идёт впереди, а корпуса последующих вслед за ним. Ширина захвата корпусов- 40 см. Впереди передних корпусов первого яруса снабжены укороченными отвалами, второго - укороченными, но больше, чем первого отвала и третьего - удлинёнными отвалами. Глубину вспашки верхнего и среднего ярусов, регулируют перестановкой корпусов в соответствующие отверстия их крепления. Они предназначены для подрезания верхнего заражённого слоя почвы. Корпуса нижнего яруса регулируют винтовыми механизмами опорных колёс. Корпуса верхнего слоя подрезают и сбрасывают его в открытую борозду, оставляемую корпусами нижнего яруса. Средние корпуса, подрезая второй слой, укладывают их на почву первого яруса. Нижние корпуса, подрезая слой III, поднимают его и укладывают сверху на слой II.
Рама плуга сварная. Состоит из труб квадратного сечения 120x120x8. плуг навесной конструкции. Совместной регулировкой винтовых механизмов, опорных колёс регулируют соотношение между толщиной пласта нижнего, среднего и верхнего ярусов.
Для обоснования выбора трактора для агрегатирования плуга необходимо провести силовой анализ при обработке почвы.

GТ – сила тяжести трактора; GПЛ – сила тяжести плуга; в – плечо силы тяжести плуга относительно оси задних колес трактора; а – плечо силы тяжести трактора относительно этой же оси.
Рис. 2.3 – Схема расчета устойчивости агрегата при транспортировке плуга

1 и 5- винтовые механизмы; 2 и 6- опорные колёса; 3- рама; 4- тяга; 7- замок навески; 8- балка поперечная; 9- кронштейн; 10- отверстия; 11- нож; 12, 13, 14- корпуса первой секции; 15, 16- корпуса второй секции; 17, 18- корпуса третьей секции; 12- корпус верхнего яруса (3 корпуса); 13, 15 и 17- корпуса второго яруса; 14, 15 и 18- корпуса нижнего яруса.
Рисунок.2.4- Схема предлагаемого ярусного плуга (а)

Рисунок 2.5 – Схема нагружения навесного плуга во время пахоты