Модернизация машины для внесения минеральных удобрений РУ-7000 (конструкторская часть дипломного проекта)

СОДЕРЖАНИЕ

3. ОБОСНОВАНИЕ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА......
 3.1 Обоснование модернизации машины для внесения минеральных удобрений РУ-7000...
 3.2 Прочностной расчет деталей машины
  3.2.1 Расчет предохранительного штифта звездочки. ...
  3.2.2 Расчет резьбового соединения..
  3.2.3 Расчет сварочного соединения...

2 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

Рисунок 2.1- Схема выравнивающего устройства со щеточным барабаном: а)- вид сбоку; б)- щеточный барабан
1-кузов, 2удобрение,3-щит,4- валик,5 – защита,6-транспортер.7-кожух,8-поперечина,9-туконаправитель Рисунок 2.2 -Схема выравнивающего устройства с кольчатым катком: а)-вид сбоку; б)- вид по стрелке А
1-кузов, 2удобрение,3-щит,4- валик,5 – защита,6-транспортер.7-кожух,8-поперечина,9-туконаправитель

Известно устройство (рис.2.1) [1], которое включает кузов, дозирующую заслонку 3, и транспортер питатель 14 с закрепленными на нем прутками. Над туконаправителем установлен вращающийся щеточный барабан 4, по окружности и вдоль которого установлены равномерно распределенными группами длинные 5 и короткие 6 упругие лопасти из капронового прутка сечением 3х4 мм. Концы лопастей расположены по образующей барабана и касаются платформы 12. При подходе слоя удобрений к вращающемуся барабану 4 его эластичные лопасти, вначале длинные 5, а затем короткие 6, захватывают удобрения малыми порциями и сбрасывают их в пространство под кожухом 7, откуда они, отразившись от кожуха, постепенно ссыпаются в туконаправитель 9.
В базовом варианте, без выравнивающего устройства коэффициент вариации дозы равен 32,45%.
Существенным недостатком указанного устройства является быстрый износ щеток барабана вследствие трения последних о прутки транспортера и слой удобрений.
Во втором устройстве (рис. 2.2), позволяющем исключить неравномерную подачу удобрений транспортером, над транспортером 8 в зоне сбросной кромки платформы 1 размешен вращающийся кольчатый каток 5, на поверхности которого в шахматном порядке расположены жесткие лопасти 13. Каток установлен свободно качающейся в вертикальной плоскости рамке 4, шарнирно соединенной с бункером 2.
При подходе потока удобрений 7 к катку 5 его лопасти 13 внедряются в поток, который приводит барабан во вращение с частотой, прямо-пропорциональной скорости транспортера. Барабан при этом ′′всплывает′′ на поверхность потока 7 и лопастями 13 делит его на равные части, которые непрерывно сходят с платформы 6, обеспечивая равномерную подачу удобрений.
Неравномерность подачи удобрений с применением щеточного барабана и кольчатого катка составляет по данным исследований [19], соответственно 21,4 и 22,5%, а без их применения этот показатель имеет значение 32,9%. Следовательно, указанные устройства недостаточно эффективны для снижения пульсации потока удобрений.
На серийных машинах с целью стабилизации потока удобрений устанавливают пассивный выравниватель локального действия, состоящий из подпружиненных прутков, разгружающих слой удобрений на транспортере, что способствует более равномерной подаче. Однако, его использование оказалось в некоторой мере эффективным только при больших дозах внесения (неравномерность подачи снизилась на 20-25%), а при малых дозах этот эффект составил всего 2-3%. (33). Последнее объясняется тем, что прутки не в состоянии воздействовать на удобрения, находящиеся между планками, а выравниванию должен подвергаться весь поток подаваемых удобрений.


Рисунок 2.3.- Схема переоборудованного днища кузова цетробежного разбрасывателя

1.-опора; 2- вал; 3- днище кузова;4-направляющее

Известно предложение [76] вырезать днище кузова машин 1РМГ-4 (рис. 8) в обе стороны на величину шага прутков транспортера таким образом, чтобы линия среза 3 образовывала с торцом днища угол 20 ̊. Удобрения, подаваемые прутковым транспортером, должны ссыпаться на туконаправитель 4 не одновременно, а по мере прохождения прутка над линией среза.
Однако, применение этого способа вызывает, особенно на малых дозах внесения, плавное изменение места подачи удобрений на разбрасывающие диски.
Первоначально начинают просыпаться удобрения около стенок транспортера и по мере перемещения прутка место падения перемещается к центру. Это приводит к постоянному изменению ширины разброса, особенно на малых дозах внесения.
В БелНИИМСХ разработан выравниватель потока удобрений активного типа (рис. 2.4) в виде цилиндрического кожуха 11 со смонтированным внутри его тарелкой 13 и соединенной с механизмом привода ступицей. На ступице сверху свободно установлены два полуцилиндрических элемента 16, имеющие регуляторы их положения. Направитель выполнен в виде усеченного конуса 21 и установлен на кожухе с меньшим основанием вниз с возможностью вертикального перемещения [30].
С целью исключения самопроизвольного высыпания минеральных удобрений из воронки между кожухом и тарелкой установлены фартуки 18.
Исследования, проведенные автором на экспериментальной установке показали, что во время работы выравнивателя потока удобрений наблюдалось некоторое защемление удобрений между фартуками и тарелкой, а также при уклоне выравнивателя более 4 ̊ происходит одностороннее дозирование материала. При использовании выравнивателя на стационаре и дозировании кормов показаны удовлетворительные результаты. Коэффициент вариации дозы при производительности 25 т/ч составлял 8,3%.

 
Рисунок 2.4 - Выравниватель потока удобрений активного типа (авт. свид. No1123569)

При работе указанного устройства на разбрасывателе, вследствие вибрации и уклонов в горизонтальной плоскости происходит, как указано выше одностороннее дозирование с большой неравномерностью (40...45%).


3 ОБОСНОВАНИЕ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА


3.1 Обоснование модернизации машины для внесение
минеральных удобрений РУ-7000

За прошедшие 10-12 лет в АПК Беларуси крайне снизилась эффективность подкормки растений внесением минеральных удобрений. Одна из причин этого количественное и качественное несоответствие парка распределителей удобрений требуемым объемам работ. Основу парка машин составляют навесные агрегаты грузоподъемностью от 0,5 до 1,5 тонн (СУ-12,РШУ-12, РУС-07А, Л-116,АВУ-0,7 и РДУ-1,5) и агрегат МТТ-4У грузоподъемностью 4 тонны.
С учетом потребности во внесении больших доз, в первую очередь калийных удобрений (до 500 кг/га), и очевидной несостоятельности навесных машин для их внесения, создание большегрузной прицепной машины для внесения удобрений являлось актуальной задачей. В результате экспериментальных исследований ее удалось решить РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по механизации сельского хозяйства», где была разработана новая машина для внесения минеральных удобрений - распределитель удобрений РУ-7000. Он имеет грузоподъемность 9 т и агрегатируется с МТЗ-1221 и МТЗ-1523.Его рабочая ширина захвата при внесении гранулированных удобрений -16...24 м, кристаллических – 8...10 м, ширина колеи — 1 910 мм, рабочая скорость 6...15 км/ч, транспортная - до 30 км/ч. Диапазон доз внесения 100-700 кг/га.
 При использовании машины для внесение минеральных удобрений РУ-7000 на транспортер попадали удобрения порционно с различным объемом, поэтому минеральные удобрения вносились неравномерно. Для увеличения равномерности внесения минеральных удобрений было разработано устройство для равномерного распределения минеральных удобрений на транспортере (рисунок 3.1).


Рисунок 3.1- Распределяющее устройство
1-опора, 2-щетка, 3-ось, 4-звездочка

Устройство состоит из двух опор 1 с подшипниковыми узлами, двух щеток 2, оси 3, приводной звездочки 4.
Устройство работает следующим образом: крутящий момент передается на звездочку которая закреплена при помощи штифта на валу, и вращает щетки которые установлены в подшипниковых опорах. Когда на приводной транспортер поступает неравномерное количество минеральных удобрений щетки вращаясь равномерно распределяют минеральные удобрения по поверхности транспортера, и происходит равномерное внесение удобрений машиной РУ-7000.

3.2 Прочностной расчет деталей машины

3.2.1 Расчет предохранительного штифта звездочки

Звездочка установлена на оси и закреплена предохранительным штифтом. Для того чтобы при заедании привода не произошла поломка звездочка крепится при помощи штифта диаметром 8 мм.
Расчетные напряжения определим из условий прочности (рисунок 3.2)
на смятие:

. (3.1)

на срез:

. (3.2)

где F - сила вызывающая смятие, срез, Н;
А – площадь смятия, среза, мм2.


Рисунок 3.2- Схема для определению расчетных напряжений

Площадь смятия определим по формуле:

,     (3.3)

где - диаметр отверстия, мм;
- толщина втулки, мм;
- число стыков, .

А_см=(3,14∙8)/2∙2∙4=100,4мм.

σ_см=350/100,4=3,5≤31(мПа.

Площадь среза определим по формуле:

,

А_ср=(3,14∙8^2)/5,76∙2=100,48 мм.2

мПа.

Можно сделать вывод что крепления звездочки выдержит нагрузку при работе но произойдет если агрегат наедет на препятствие то произойдет срез штифта, что предохранит от поломки привод.

3.2.2 Расчет резьбового соединения

При помощи резьбового соединения М12х1,75-6g рабочий орган.
При затяжке гайки в ней возникает максимальная сила F:

Н,   (3.4)

где - внутренний диаметр резьбы, мм;
  - предел текучести материала гайки, МПа.

Н.

Момент затяжки болта определяется:

, Н•мм,    (3.5)

где - коэффициент трения стали о сталь, ;
- приведенные угол трения, град,

,

- коэффициент трения в резьбе:

Тогда ;

- средний диаметр опорной поверхности гайки, мм.

Необходимое усилие на ключе при затяжке определяется:

,   (3.6)

где - длина рукоятки стандартного ключа, ;

Н.

Проверим витки болта и гайки на смятие и срез (рисунок 3.2)

Рисунок 3.3 – Схема резьбового соединения
d1 – внутренний диаметр резьбы; d2 – средний диаметр резьбы;

Среднее смятие в резьбе определим по формуле:

,   (3.7)

где - число витков по длине свинчивания, шт.

,   (3.8)

Где: - длина свинчивания, Н=12 мм;
- шаг резьбы, Р=1,75 мм;

шт,

- внутренний диаметр резьбы, мм;
- средний диаметр резьбы, мм;
- наружный диаметр резьбы, мм;
- коэффициент неравномерности нагрузки по виткам резьбы с учетом пластических деформаций.
По ГОСТ 9150-59 мм, мм, мм, , для стали 35 , где МПа.
Тогда

σ_см=(4∙86146)/(3,14(〖12,752〗^2-〖12〗^2)∙8∙0,7)=68,5=68,5 МПа.

МПа.
Условие: 68,5<256 Н/мм2 показывает о способности резьбового соединения надежно работать на смятие.
Касательные напряжения среза резьбы определяются: - для оси:

,   (3.9)

где R=0,8 для метрической резьбы,

МПа;

- для гайки:

 (3.10)

МПа;

Болт и гайка изготовлены из стали 35:

МПа 



Это указывает на надежность работы соединения.


3.2.3 Расчет сварочного соединения


Проверим прочность сварного шва в точке крепления опоры.

Рисунок 3.4 – Схема сварочного соединения

Определяем напряжение в швах от силы F:

,     (3.11)

где : F – нагрузка, Н;
[τср] – допустимое напряжение на срез, МПа;
lср – расчетная длина шва, мм;
К – катет шва, мм.
Рассчитаем нагрузку на шов в рабочем положении, когда на шов приходится вся масса установки:

F=mg,       (3.12)

где m – масса борта (140 кг).

F= 49•9,8=480,2 Н.

Катет шва по ГОСТ 16037-80 равен

К= 1,3•S1,       (3.13)

где S1 – толщина более тонкой детали, мм.

К= 1,3•16=20,8мм.

Длина шва равна периметру торца детали:



Напряжение в швах:

.

Определяем допустимое напряжение среза по формуле

     (3.14)

Где: – предел выносливости свариваемого материала, МПа;
ε – масштабный фактор, ε = 0,9 [6];
S – коэффициент безопасности;
β – коэффициент влияния качества, β = 1 [6];
КL – коэффициент долговечности;
Кτ – коэффициент концентрации напряжений, Кτ = 2,5.
Коэффициент безопасности:

S = S1•S2•S3 ,      (3.15)

Где: S1 – коэффициент, учитывающий степень точности расчета, S1= 1 [6];
S2 – коэффициент, учитывающий однородность механических свойств, S2 = 2 [6];
S3 – коэффициент, учитывающий степень ответственности детали, S3 = 1,3 [6].

S = 1•2•1,3 = 2,6.

Коэффициент долговечности :

      (3.16)

Где: m – показатель степени кривой выносливости (m=7,2 [6])/
NO – базовое число углов, NO = 3,4 • 106;
NLE – эквивалентное число циклов.
Эквивалентное число циклов.

N_LE=60ΣL_N∙n     (3.17)

где :LN – долговечность, ч (5500 часов согласно руководству по эксплуатации);
n – частота изменения напряжений.
Принимаем n = 1.
Эквивалентное число циклов будет равно

Коэффициент долговечности
Предел выносливости свариваемого материала
Определяем допустимое напряжение среза
Условие прочности соблюдается.