Модернизация дисковой бороны (дискатора) БДМ-4х2 (конструкторская часть дипломного проекта)

3.6 Устройство и рабочий процесс модернизированной бороны БДМ-4х2

Борона прицепная дисковая БДМ-4х2 (рисунок 3.21) предназначена для лущения стерни и предпахотной обработки почвы. Борона используется во всех почвенно-климатических зонах.
Техническая характеристика бороны приведена в таблица 1.
Рабочий орган дисковой бороны – стальной заостренный сферический диск с вырезной режущей кромкой.
Сферические диски (рисунок 3.19 а, б) применяют в качестве рабочих органов дисковых плугов, лущильников, борон, иногда сеялок (однодисковый сошник). Вырезные диски (рисунок 3.19 в) устанавливают на тяжелых боронах, которые применяются как для первичной обработки тяжелых задернелых почв, так и для разделки связных пластов, поднятых при вспашке болотных и кустарниково-болотных земель. Диаметр дисков с вырезной кромкой – 650...700мм.
При движении бороны диски сцепляясь с почвой вращаются. Режущая кромка диска отрезает пласт почвы, отделяет его от массива и поднимает на внутреннюю (вогнутую) поверхность. Затем почва падает с некоторой высоты и отводится диском в сторону. В результате перемещения по диску и падения почва крошится, частично оборачивается и перемешивается. Дисковые бороны по сравнению с зубовыми меньше забиваются, перерезают тонкие корни и перекатываются через толстые.
Отличительной конструктивной особенностью БДМ от выпускаемых в СНГ дисковых борон состоит в том, что каждый диск расположен на индивидуальной стойке. Каждый ряд дисков имеет возможность регулировки угла атаки. Диск при этом выполняет роль лемеха и отвала, что способствует лучшему обороту отрезаемого пласта, его крошению, а также снижению требуемого тягового усилия трактора. Отсутствие в конструкции дисковых батарей с единой осью позволяет БДМ работать во влажную погоду, на землях с большим количеством растительных остатков, а также на землях с любым количеством сорной растительности, при этом исключается наматывание на ось диска и плотное забивание рядов дисков. Отпадает необходимость применения в конструкции чистиков, так как в процессе работы происходит самоочищение диска.


1 - навеска; 2 - батарея; 3 - рама; 4 – боковой брус.
Рисунок 3.21 - Борона






Таблица 4.1 – Техническая характеристика бороны БДМ-4х2
Наименование показателя Значение
показателя
1 2
 
Марка БДМ-4х2
Тип прицепной
Производительность за 8- ми часовую смену 20-40
Рабочая скорость  8-15
Транспортная скорость,  не более 25
Влажность почвы  до 35
Ширина захвата  4000
Масса  2700±50
Количество режущих узлов в одном ряду  10
Режущих узлов всего  20
Количество рядов  2
Диаметр рабочих органов 560
Расстояние между дисками  280
Расстояние между рядами дисков 700
Угол атаки дисков  от 0 до 30
Глубина обработки  до 15
Агрегатирование  МТЗ-82, МТЗ-1221



3.7 Расчеты конструкторской части

3.7.1. Расчет чизельных лап

На проектируемую машину устанавливаем оборотную лапу на подпружи-ненной стойке для глубоких рыхлителей общего назначения. Стойку выбрали из условия (4.1):
(3.1)
где а – глубина обработки, мм;
Н – высота стойки, мм.
Т. к. минимальная глубина обработки должна быть 250 мм, то выбираем стойку с размерами L=205 мм; R=230 мм; ; Н=560 мм, где глубина обработки до 280 мм.

Рисунок 3.22-Проектируемая чизельная лапа

Для выбора предохранительной пружины необходимо определить силу необходимую для ее растяжения определяется по формуле 3.2:

F= (3.2)
Где a – глубина обработки, м
b – сечение стойки, м
– сопротивление почвы, кН/м .

Сечение стойки определяется по формуле 4.3.

b = (3.3)
где h – ширина стойки, м
с – толщина стойки, м
=0,065 м



Выбираем пружину No 155, с проволокой 1класса работающая на растя-жение с диаметром равным 8 мм, а наружным диаметром пружины равным 63 мм и с силой пружины при максимальной деформации 3750 Н.
Пружина крепится к раме с помощью нормального болта с резьбой М20
При затяжке болта в нем возникает максимальная сила F [7] определяется по формуле 4.4:
,  (3.4)
где – внутренний диаметр резьбы, мм;
– предел текучести материала болта, Н/мм2.
2808 Н.
Момент затяжки болта определяется по формуле 4.5 [7]:
  , (3.5)
где – коэффициент трения стали о сталь, ;
– приведенные угол трения, град, ,
– коэффициент трения в резьбе [8]: 
.
тогда
;
– средний диаметр опорной поверхности гайки, мм.

Необходимое усилие на ключе при затяжке определяется по формуле 4.6 [8]:

, (3.6)

где – длина рукоятки стандартного ключа, ;

Н.

Проверим витки болта и гайки на смятие и срез (рисунок 3.23).
Среднее смятие в резьбе определим по формуле 3.7 [8]:
, (3.7)
где – число витков по длине свинчивания определим по формуле 4.8, шт [8].

Рисунок 4.6 – Схема резьбового соединения:
d - наружный диаметр резьбы; d1 – внутренний диаметр резьбы; d2 – средний диаметр резьбы; Р - шаг резьбы; F – сила затяжки болта.

, (3.8)

– длина свинчивания, Н=40 мм;
– шаг резьбы, Р=1,5 мм;
шт,
– внутренний диаметр резьбы, мм;
– средний диаметр резьбы, мм;
– наружный диаметр резьбы, мм;
– коэффициент неравномерности нагрузки по виткам резьбы с учетом пластических деформаций [8].
По ГОСТ 9150-59 мм, мм, мм, , для стали 35 , где Н/мм2 .
Тогда
Н/мм2,
Н/мм2.

Условие: 8,39<256 Н/мм2 показывает о способности резьбового соединения надежно работать на смятие.
Касательные напряжения среза резьбы определяются:
– для болта определим по формуле 4.9 [8]
, (3.9)

где R=0,8 для метрической резьбы,

Н/мм2;
– для гайки определим по формуле 4.10:
, (3.10)
Н/мм2;

Болт и гайка изготовлены из стали 35 [8]:

Н/мм2
(3.11)
(3.12)

Тогда 64>2,22 Н/мм2 , 64>2,15 Н/мм2 , что указывает на надежность работы соединения.





3.4. Разработка операционно-технологической карты

Операционная технология – это комплекс агротехнических, организацион-ных, технических, экономических правил по высокопроизводительному использованию машинных агрегатов, обеспечивающих высокое качество полевых механизированных работ.
При культивации почвы боронами поверхность почвы следует обрабатывать на заданную глубину (6...14 см) с отклонением не более + 1см. Верхний слой почвы должен быть мелкокомковатым.
Высота гребней и глубина бороздок после обработки должна быть не более 4 см, поверхность поля - ровной. Выворачивание нижних слоев почвы на поверхность не допускается.
Сорняки должны быть уничтожены стрельчатыми лапами полностью, рыхлящими - не менее 95 %.
Огрехи и необработанные полосы не допускаются.
Для расчёта операционно-технологической карты необходимо следующие данные:
состав агрегата: трактор типа Беларус-1221+БДМ-4х2;
площадь поля – 1328 га;
средняя площадь поля – 320 га;
средняя длина гона – 1200 м;
уклон – i = 2o;
фон – поле под посев;
ширина захвата – В=6 м.
рекомендуемая скорость движения агрегата МТА при предпосевной обработке почвы:
Vагр = 7...10 км/ч = 1,9...2,7 м/с.
Согласно тяговой характеристике трактора данному условию удовлетво-ряют скорости движения на 3д4п передаче:
Vрн = 9 км/ч; iтр = 57,6; Ркрн = 23,1 кН.
Общее тяговое сопротивление агрегата определим следующим образом
(3.8)
где k – удельное тяговое сопротивление машины, кН/м;
nм – количество машин в агрегате, nм = 1;
Gм – эксплуатационный вес машины, кН (для бороны БДМ-4х2Gм = 22,6 кН);
Bр – рабочая ширина захвата машины, м; которая с учетом коэффициента использования конструктивной ширины захвата будет равен:
Вр = 0,95 • 4,1 = 3,9 м;
i – уклон, %.
Удельное тяговое сопротивление машины определим с учетом рабочей скорости Vр и темпа нарастания удельного тягового сопротивления Δс = 3 %, по формуле:
(3.9)
где k0 - удельное тяговое сопротивление при скорости 5 км/ч.
Тяговое удельное сопротивление модернизируемой машины при скорости 5 км/ч составит k = 3,1 кН/м.
Тогда соответственно получим:

Тяговое сопротивление агрегата на рассматриваемых передачах будет равно:

Степень загрузки трактора по силе тяги оцениваем коэффициентом исполь-зования номинальной силы тяги:
(3.10)

Рабочая скорость с учетом недогрузки и буксования трактора будет рав-на:
(3.11)
где δ – буксование трактора, δ = 9,6 %;
(3.12)
n, nн, nх – частота вращения коленчатого вала двигателя действительная (с учетом недогрузки), номинальная и на холостом ходу, об/мин.

Тогда:



Степень загрузки по тяговой мощности оценим коэффициентом использования максимальной тяговой мощности:
(3.13)

(3.14)
(3.15)
(3.16)
Тогда:




По результатам проведенных расчетов скорость на выбранной передачи подходит под агротехнические скорости, для которой коэффициент использования номинальной силы тяги:

коэффициент использования максимальной тяговой мощности:

Кинематика агрегата.
Затраты времени на холостое движение агрегата характеризуется коэффициентом рабочих ходов:
(3.17)
где Lр – средняя рабочая длина гона, м;
Lх – средняя длинна холостого хода агрегата, м.
Способ движения выбираем исходя из требований агротехники, состояния поля и применяемого агрегата. Из возможных способов движения выбираем тот, который обеспечивает наибольший коэффициент рабочих ходов.
Для рассчитываемой операции принимаем челночный способ движения.
Для петлевых поворотов:
Lх = 6 • R0 + 2e; (3.18)
где R0 – минимальный радиус поворота агрегата, который для прицепных агрегатов может быть принят:
R0 = 1,5 • Bp ; (3.19)
Ro = 1,5 • 3,9 = 5,9 м;
e – длина выезда агрегата, которая зависит от кинематической длины агрегата lк, для прицепных машин:
e = 0,8lк; (3.20)
в свою очередь:
lк = lт + lм, (3.21)
где lт – кинематическая длина трактора, м; lт = 2,75 м;
lм – кинематическая длина машины, м; lм = 4,4 м;
lК=2,75+4,4= 7,15 м;
e = 0,8 • 7,15 = 5,72 м;
Lх = 6 • 5,9 + 2 • 5,72 = 46,84 м.
Рабочая длина гона определяется по формуле:
LP = L – 2E; (3.22)
где L – длина гона, м;
Е – ширина поворотной полосы, м.
Ширина поворотной полосы определяется по формуле:
E = 2,8R0 + e + dк; (3.23)
E = 2,8 • 5,9 + 5,72 + 6 = 28,24 м.
Принимаем значение, кратное ширине захвата агрегата E = 28,24 м.
Тогда рабочая длина гона равна:
LР = 1200 – 2 • 28,24 = 1143 м.
Следовательно, коэффициент рабочих ходов:

Производительность агрегата за смену:
Wсм = 0,1Вр Vр Тр, га/см; (3.24)
где Вр – рабочая ширина захвата агрегата, м;
Vр - скорость движения агрегата при выполнении операции, км/ч;
Tр - чистое рабочее время смены, ч;
Tр = tрц • nц, (3.25)
где tрц - время чистой работы за цикл, ч;
nц - количество циклов за смену, шт;
(3.26)
где Tсм - продолжительность смены, ч; Tсм = 7 ч;
Tпз - время выполнения подготовительно-заключительных работ, ч;
Tпз = 0,6 ч;
Tф - время на остановки по физиологическим причинам, ч; Tф = 0,5 ч;
Tпер - время, затрачиваемое на внутрисменные переезды агрегата, ч;
Tпер = 0,3 ч;
tц - время одного цикла, ч;
(3.27)
где Vх - скорость агрегата при холостых ходах, км/ч; принимаем Vх = 5 км/ч;
tоц – время технологических остановок агрегата за цикл; tоц = 0,05 ч.
ч.
Количество циклов за смену:
циклов.
Время чистой работы за цикл:
(3.28)
ч.
Чистое время работы агрегата за смену:
Tр = 0,27 • 16 = 4,36 ч.
Коэффициент использования времени смены:
(3.29)

Производительность агрегата для предпосевной обработки почвы определяется за цикл:
Wц= , (3.30)
Wц= ,
Определим производительность агрегата за смену:
Wсм = 0,1 • 5,7 • 8,2 • 4,36 = 20,4 га/см.
Часовой расход топлива на рабочем ходу:
(3.31)

где Gх – расход топлива на остановках; Gx = 1,5 кг/ч;
Gтн – часовой расход топлива при номинальной мощности; Gтн = 25,4 кг/ч;

Часовой расход топлива на холостом ходу:
(3.32)

где RАХ – общее тяговое сопротивление агрегата на холостом ходу;

Тогда

Погектарный расход топлива:
(3.33)




Затраты труда на единицу выполненной работы представляют собой отношение числа рабочих m к часовой производительности агрегата Wч:
(3.34)