Совершенствование основной обработки почвы в ООО «Труженик» Мокшанского района с модернизацией плуга ПЛН-5-35

Дипломный проект выполнен на тему «Совершенствование основной обработки почвы в ООО «Труженик» Мокшанского района с модернизацией плуга ПЛН-5-35».
В дипломном проекте рассмотрены вопросы анализа хозяйственной деятельности организации, конструкция навесных и полунавесных плугов общего назначения, обоснована схема модернизации навесного плуга ПЛН-5-35, обеспечивающая снижение тягового сопротивления.
В конструкторском разделе произведены расчёты тягового сопротивления и коэффициента полезного действия плуга; длины полевой доски; радиуса направляющей рабочей поверхности отвала; наибольшей допустимой скорости плуга, прочностной расчет полосы отвала на изгиб.
В технологическом разделе проекта выполнен расчет кинематической характеристики плуга и участка, а так же расчет производительности и расхода топлива модернизированного плуга.
В разделе «Безопасность жизнедеятельности на производстве» рассмотрены вопросы безопасной эксплуатации плуга, а также выполнены расчеты на устойчивость агрегата и количества вредных выбросов.
В разделе по оценке экономической эффективности предложенной конструкции рассчитана экономическая эффективность внедрения модернизированного плуга, определена стоимость изготовления конструкторской разработки, сделаны заключения по проделанной работе и полученным результатам.




Содержание
Аннотация
Введение................................................5
1 Производственно-экономическая характеристика ООО «Труженик» ........7
1.1 Природно-климатические условия......... ....7
1.2 Основные показатели хозяйственной деятельности ООО «Труженик»... 8
1.3 Оценка организации производства продукции растениеводства ...........14
2. Современное состояние вопроса основной обработки почвы .................18
2.1 Способы основной обработки почвы.................. 18
2.2 Обзор конструктивных схем машин и орудий для основной обработки почвы .........................20
2.3 Выводы по разделу..........38
3. Конструкторская разработка...................39
3.1 Техническое задание.........................39
3.2 Агротехнические требования, предъявляемые к основной обработке почвы ..............................39
3.3 Описание конструкторской разработки .............42
3.4 Определение тягового сопротивления плуга и его КПД.....................45
3.5 Определение технологической длины полевой доски........................47
3.6 Определение радиуса направляющей рабочей поверхности отвала.......49
3.8 Расчет полосы отвала на изгиб....................51
4. Разработка операционной технологии основной обработки почвы..........55
4.1 Характеристика условий работы агрегата ...........55
4.2 Выбор состава и режима работы пахотного агрегата................................55
4.3 Подготовка машинно-тракторного агрегата к работе ........................59
4.4 Подготовка рабочего участка к работе.............61
4.5 Работа агрегата в загоне.........................66
4.6 Контроль качества работы.........................72
5. Безопасность жизнедеятельности .................74
5.1 Охрана труда на предприятии........................74
5.2 Анализ опасных и вредных факторов....................76
5.3 Инструкция по технике безопасности при обработке почвы ...............77
5.4 Расчет на устойчивость агрегата.......................79
5.4 Экологическая безопасность................81
5.6 Пожарная безопасность....................83
5.7 Выводы по разделу......................86
6. Экономическое эффективность модернизации плуга ПЛН-5-35Т..........87
6.1 Определение затрат на модернизацию плуга ПЛН-5-35.....................87
6.2 Оценка производительности агрегатов в базовом и проектном вариантах .............89
6.3 Затраты труда ................90
6.4 Экономическая оценка эксплуатационных затрат.............................91
6.5 Оценка энергетических показателей...................94
Общие выводы..........................................96
Литература...............................................97
Содержание






3 КОНСТРУКТОРСКАЯ РАЗРАБОТКА
3.1 Техническое задание
1. Изучить агротехнические требования, предъявляемые к основной обработке почвы.
2. Разработать конструкцию корпуса плуга с полосовыми отвалами и рабочего органа для послойной обработки почв подверженных ветровой эрозии плуга ПЛН-5-35 шириной захвата 1,75 м к трактору типа Т-150К. Модернизированный плуг должен отвечать агротехническим требованиям, предъявляемым к основной обработке почвы.
3. Определить основные параметры модернизированного плуга: тяговое сопротивление и коэффициент полезного действия плуга; длину полевой доски; радиус направляющей рабочей поверхности отвала; наибольшую допустимую скорость плуга. Произвести прочностной расчет полосы отвала на изгиб.
3.2 Агротехнические требования, предъявляемые к основной обработке почвы
3.2.1 Агротехнические требования, предъявляемые к отвальной обработке почвы
Отвальная обработка почвы (вспашка) – прием обработки почвы, обеспечивающий оборачивание, крошение и рыхление обрабатываемого слоя почвы с целью создания наиболее благоприятных условий для произрастания растений, полной заделки сорной растительности, пожнивных остатков, органических и минеральных удобрений. Глубина вспашки не должна превышать толщины плодородного слоя [14].
Рекомендуемые скорости движения пахотных агрегатов с обычными корпусами – 5...8 км/ч, со скоростными – 8... 10 км/ч.
Глубину, начало и продолжительность вспашки устанавливает агроном предприятия, учитывая физическую спелость почвы, мощность пахотного слоя, особенности выращиваемой культуры и засоренность поля.
Качество вспашки зависит от правильного выбора почвообрабаты-вающего орудия, укомплектования его нужными для данных условий рабочими органами. Вспашка целесообразна на полях, которые были заняты зерновыми культурами, при наличии высокой, пораженной болезнями стерни, неубранной соломы, сильном засорении сорняками, внесении минеральных или органических удобрений и известковании.
Вспашку следует начинать сразу после уборки главной культуры, чтобы потери оставшейся в почве влаги были минимальными. Как правило, ее выполняют при достижении физической спелости почвы: для глинистой – от 50 до 65%, суглинистой – от 40 до 70% наименьшей влагоемкости.
Несвоевременная и некачественная обработка почвы ухудшает работу посевных и уборочных машин, ведет к поломкам агрегатов и, в конечном счете, снижает урожай не менее чем на 20%.
В отдельные годы в засушливых зонах иногда приходится пахать сухую почву. При этом корпус плуга не крошит пласт, а отрывает его слоями, образуя большие глыбы. Их частично разрушают дисковыми орудиями. Оставшиеся небольшие глыбы почвы за осенне-зимний период увлажняются и при раннем весеннем рыхлении и бороновании распадаются на мелкие комки.
Отвальную вспашку (кроме перепашки зяби, пара и запашки орга-нических удобрений) выполняют плугами общего назначения с пред-плужниками.
Наиболее распространена вспашка на глубину 20...22 см. Глубину вспашки выбирают с учетом особенностей выращиваемой культуры и кон-кретных условий поля. Так, под сахарную свеклу глубину вспашки увеличивают до 25...27 см.
Глубина вспашки по всему полю должна быть равномерной. Отклонение средней глубины от заданной допускается на ровных полях не более 2 см.
При вспашке должно быть обеспечено полное оборачивание и хорошее крошение пласта. Вспаханный слой должен быть рыхлым, жнивье и сорные растения, а также органические и минеральные удобрения запаханы полностью. Все корпуса плуга должны давать прямолинейные борозды одинаковой ширины и глубины равномерной гребнистостью.
Поверхность вспаханного поля должна быть ровной, слитной, не должна иметь глубоких разъемных борозд и высоких свальных гребней, а также разъемов между смежными проходами. Скрытые и открытые огрехи и незапаханные клинья не допускаются. Высота гребней допускается не более 5...6 см, а высота свальных гребней и глубина развальных борозд – не более 7 см.
При вспашке поверхность поля должна быть мелкокомковатой. Глыбы размером более 15 см должны покрывать не более 20 % поверхности. Этот показатель может быть изменен агрономом предприятия в зависимости от состояния почвы как по размеру комков, так и покрытой ими площади поверхности.
После вспашки загонов поворотные полосы и края поля запахиваются, а свальные гребни и развальные борозды – выравниваются.
Неровность дна борозды в зоне недореза пласта при работе плугов с изменяемой шириной захвата не должна превышать 2 см.
3.2.2 Агротехнические требования, предъявляемые к безотвальной обработке почвы
Безотвальная обработка – прием обработки почвы без оборачивания ее пластов с помощью плугов без отвалов или глубокорыхлителей-плоскорезов с сохранением на поверхности поля пожнивных остатков. Безотвальная (плоскорезная) обработка способствует максимальному сохранению стерни и растительных остатков на поверхности почвы, рекомендуется для менее засоренных полей в зонах, подверженных водной и ветровой эрозии. Безотвальная обработка позволяет максимально накапливать и сохранять влагу в почве.
К безотвальной обработке почвы предъявляются следующие требования. Допустимый диапазон скоростей движения агрегатов – 7... 12 км/ч. Сохранение 90% стерни за один проход агрегата при обработке на глубину до 16 см и до 80% стерни при установке рабочих органов на глубину до 30 см.
Обеспечение заданной глубины рыхления и равномерности глубины хода рабочих органов. Допускается отклонение средних параметров от за-данных не более ±1 см при рыхлении на глубину до 16 см и ±2 см – на глу-бину до 30 см; колебание глубины хода рабочих органов от средней не более 3...4 см при обработке до 16 см, 4...5 см при глубине до 30 см.
Поверхность поля после обработки должна быть без глубоких разъемных борозд и высоких гребней. На стыках проходов лап рабочих органов машин допускаются гребни (валики) высотой до 5...6 см, а в местах прохождения стоек – борозды шириной поверху не более 15...20 см.
Корни сорных растений должны быть полностью срезаны на глубину хода рабочих органов. Огрехи на стыках смежных проходов не допускаются.
После вспашки загона необходимо обработать поворотные полосы. Обработку следует проводить в установленные агротехнические сроки, желательно при влажности почвы 16...22%, когда пласт хорошо крошится, а рабочие органы идут устойчиво как по глубине, так и по ширине захвата. При этом происходит наименьшее распыление почвы без образования мелких, легко выдуваемых фракций.
3.3 Описание конструкторской разработки
Анализ современного состояния вопроса отечественных и зарубеж-ных машин для основной обработки почвы показал, что в настоящее время наиболее перспективным направлением в модернизации плугов является применение корпусов с полосовыми отвалами и различных рабочих органов для послойной обработки почвы. По данным германских фирм «Lemken» и «Eberhardt» использование полосовых корпусов по сравнению с культурными корпусами на 10...15% снижает тяговое сопротивление пахотных агрегатов, а следовательно ведет к повышению их производительности. Рабочие органы для послойной обработки почвы должны применяться для исключения проявления ветровой и водной эрозий, а также снижения энергоемкости обработки создания условий. Для модернизации нами был выбран плуг ПЛН-5-35 из-за их широкого распространения в нашем регионе и возможности относительно простого его переоборудования.
Модернизированный плуг ПЛН-5-35Т (рис. 3.1), разработанный на базе плуга ПЛН-5-35 состоит из предплужников 1, полосовых корпусов 2, рамы 3, опорного колеса 5 с винтовым механизмом 4, дискового ножа 6, закрепленных на плоской раме 7, сваренной из пустотелых балок: главной, продольной и поперечной. К главной балке приварены угольники для крепления стоек корпусов и кронштейнов предплужников 1. Дисковый нож 6 закреплен на кронштейне. Рама плуга во время работы опирается на колесо 5, положение которого по высоте можно изменять винтовым механизмом 4. Навеска плуга 3 состоит из раскоса, планок, образующих стойку, и кронштейнов с пальцами. Задний конец раскоса можно устанавливать на продольной балке в двух положениях.

Рисунок 3.1 – Общий вид модернизированного плуга ПЛН-5-35Т: 1 – пред-плужник; 2 – корпус; 3 – навесное устройство; 4 – винтовой механизм;
5 – опорное колесо; 6 – нож; 7 – рама

В рамках проведения модернизации нами предлагается изменить конструкцию корпуса, а в частности вместо отвала традиционной конструкции предлагается установить полосовой отвал, выполненный в форме четырех отдельных полос (рис. 3.2). В общем случае корпус состоит из долотообразного лемеха 9, груди отвала 8, стойки 6, соединительного механизма 5 и четырех полос 2, 3, 4 и 7. Полосы 2, 3, 4 и 7 корпуса изготовлены из закаленной, специальной высококачественной стали 65Г, которые можно менять каждую отдельно, независимо от других. При желании сельхозпроизводителей вместо отвала 8 с полосами 2, 3, 4 и 7 можно устанавливать обычными отвалами без дополнительных затрат на переоборудование.

Рисунок 3.2 – Общий вид полосового корпуса плуга ПЛН-5-35Т: 1 – полевая доская; 2, 3, 4 и 7 – пластины; 5 – соединительный механизм; 6 – стойка; 8 – грудь отвала; 9 – лемех

Работа плуга с полосовыми отвалами происходит следующим образом. Предплужник 1 (рис. 3.1) отрезает часть пласта и сбрасывает его на дно борозды, образованной впереди идущим корпусом 2. Передний предплужник 1 сбрасывает пласт в борозду, образованную задним корпусом при предыдущем проходе. При движении плуга почвенный пласт, отделяемый от монолита лезвием лемеха 9 (рис. 3.2) и полевым обрезом корпуса, поступает на отвал 8, и далее на пластины 1, 2, 3 и 7 отвала 8, в результате чего происходит лучшее крошение, оборот, перемешивание пласта и сбрасывание пласта в борозду. Нож 6 (рис. 3.1) разрезает дернину перед задним корпусом и предплужником, облегчая тем самым отделение пласта от массива.
3.4 Определение тягового сопротивления плуга и его КПД
Определить тяговое сопротивление плуга ПЛН-5-35Т и его коэффициент полезного действия, соответствующие максимально возможной глубине обработки почвы при работе без предплужников, если известны: коэффициент протаскивания плуга ; масса плуга ; удельное сопротивление почвы смятию ; коэффициент, характеризующий форму лемешно-отвальной поверхности и свойства почвы ; скорость движения плуга [15].
Тяговое сопротивление плуга определяется по формуле В.П. Горячкина, которое имеет вид:
,  (3.1)
где - сопротивление передвижению и трению колес о почву, корпу-сов о дно борозды и т.п., Н; - сопротивление, обусловленное де-формацией почвы, Н; - сопротивление, необходимое для сооб-щения пласту почвы кинетической энергии, Н; - коэффициент протаски-вания плуга с учетом трения рабочих органов о дно и стенку борозды;
- сила тяжести плуга, Н; - удельное сопротивление почвы смятию, Н/м2; - максимальная глубина обработки почвы, м; - ширина захвата корпуса, м; - количество корпусов на плуге; - коэффициент, характеризующий форму лемешно-отвальной поверхности и свойства почвы, Н×с2 /м4 ; - скорость движения плуга, м/с[ 16].
Силу тяжести плуга определим по формуле:
,      (3.2)
где – масса плуга, кг;
– ускорение свободного падения, м/с2, .

Максимально возможную глубину обработки почвы а при работе плуга без предплужников, найдем из условия нахождения почвенного пласта после его оборота в состоянии неустойчивого равновесия, которому соответствует зависимость:
,      (3.3)
Рассмотрим почвенный пласт в состоянии неустойчивого равновесия, когда диагональ пласта совпадает с линией действия силы тяжести. Именно в этот момент глубина обработки почвы а равна максимальной . Из рисунка видно, что и подобны (рис. 3.4), следовательно, можно утверждать:

Однако ; ; ; ,тогда:

Возведем обе части уравнения в квадрат:


Рисунок 3.4 – Почвенный пласт в состоянии неустойчивого равновесия

Преобразовав, получим:

Разделим обе части уравнения на :
или
Принимаем, что тогда будем иметь:

Принимаем, что , следовательно:

Учитывая, что плуг ПЛН-5-35Т имеет 5 корпусов, а рабочая скорость его движения составляет и подставляя соответствующие числовые значения в формулу (3.1) получим:

Коэффициент полезного действия определяется по формуле:
     (3.4)
Подставляя, в формулу соответствующие значения, получим:

Тяговое сопротивление плуга ПЛН-5-35Т составляет , а коэффициент полезного действия .
3.5 Определение технологической длины полевой доски
Определить технологическую длину полевой доски корпуса плуга ПЛН-5-35Т шириной захвата , при вспашке почвы, имеющей коэффициент трения почвы по отвалу , если угол между лезвием лемеха и стенкой борозды [15].
Так как давление пласта на отвал все время стремится сдвинуть корпус влево по ходу плуга, то для придания устойчивости плугу в систему рабочих органов лемех-отвал вводят еще один рабочий орган – полевую доску. Ее закрепляют на стойке параллельно стенке борозды. При работе корпус плуга через доску опирается о дно и стенку борозды, создавая устойчивое движение плуга в горизонтальной плоскости [17].
Длину полевой доски определяют из условия, что вектор силы R сопротивления почвы резанию, продолженный до пересечения со стенкой борозды, как бы обрезает конец полевой доски, то есть ограничивает задний конец пятки полевой доски. Принимают, что сила R приложена в середине длины лезвия лемеха (рис. 3.5).


Рисунок 3.5 – Схема для расчета длины полевой доски

Тогда по теореме синусов получим:
, (3.5)
или
,
где - угол трения почвы о поверхность лемеха, град;
- угол установки лемеха к стенке борозды, град.
Подставив в последнее выражение значения и после преобразования, получим
, (3.6)
где - расстояние от носка лемеха до заднего конца полевой доски, м;
- ширина захвата корпуса, м.
Подставляя числовые значения в последнюю формулу, получим:

где .
Ответ: технологическая длина полевой доски должна составлять .
3.6 Определение радиуса направляющей рабочей
поверхности отвала
Определить минимальный и максимальный радиус направляющей рабочей поверхности отвала, если известны: угол постановки лемеха ко дну борозды , угол между лезвием лемеха и стенкой борозды , глубина обработки почвы при максимально возможной глубине обработки [15].
Радиус направляющей кривой рабочей поверхности отвала R может изменяться в пределах [16].
Максимальный радиус кривизны направляющей кривой определяется из условия, что бороздной обрез отвала не задирает отваленного пласта:
, (3.7)
где - ширина захвата корпуса, м;
- показатель интенсивности перемешивания.
Так как: ,
тогда
следовательно
Минимальный радиус направляющей окружности определяется из условия, когда пласт, поднимаемый отвалом, целиком помещается на нем, не пересыпаясь через отвал. Это условие будет соблюдено, если длина прямой (рис. 3.6).

Рисунок 3.6 – Обоснование радиуса направляющей кривой
Прямая представляет собой след вертикальной секущей плоскости, проведенной через конец лемеха (точку ) перпендикулярно лезвию. Если отсеченную этой плоскостью часть пласта развернуть на горизонтальную плоскость, то он будет иметь форму заштрихованного треугольника. При этом кривая выпрямится, и ее длина будет равна . Так как в плане форма кривой , лежащей в вертикальной плоскости, не видна, необходимо спроектировать ее на плоскость в стороне от плана. Для этого проведем линию , параллельную , а затем из точки - линию под углом постановки лемеха ко дну борозды.
Высота отвала должна быть равна или больше диагонали сечения пласта, где - глубина пахоты. Принимая , найдем точку а по ней центр окружности радиусом Для этого про-ведем из точки прямую, параллельную до пересечения с линией перпендикулярной к
Выполнив эти построения, можно выразить радиус направляющей окружности через известные величины, а именно:

Из прямоугольного треугольника

тогда:

откуда:
(3.8)
Подставляя в формулу (3.8) числовые значения, получим:

Ответ: максимальный радиус направляющей кривой рабочей поверхности отвала а минимальный радиус - .
3.8 Расчет полосы отвала на изгиб
Выполнить расчет на прочность верхней полосы полосового корпуса.
Расчетная схема полосы отвала предлагаемого корпуса представлена на рисунке 3.7.
Расчет будем вести для максимально возможной нагрузки для принятого режима работы. Примем следующее допущение: полагаем, что нагрузка, приходящаяся на корпус плуга, равномерно распределяется между всеми четырьмя полосами отвала. Величину распределенной нагрузки, действующей на полосу, определим по выражению [10]:
 (3.9)
где q - распределенная нагрузка со стороны почвы, действующая на верхнюю полосу отвала, Н/м;
Rпл - тяговое сопротивление плуга, Н;
пк - количество корпусов, шт.;
т - количество полос на отвале, шт.;
l - длина верхней полосы по центрам болтов крепления, м.

Рисунок 3.7 – Расчетная схема полосы отвала и эпюра изгибающего момента
Подставим имеющиеся данные в выражение (3.9):

Рассматриваемая расчетная схема является статически неопределимой системой. Вместе с тем она одновременно является и типовой схемой, для которой установлены выражения для нахождения опорных реакций.
Момент в левой опоре [10]:
 (3.10)
где МА - момент в левой опоре, Н∙м.

Реактивные силы в опорах [9,10,11]:
  (3.11)
 (3.12)
Подставим имеющиеся данные в выражения (3.11) и (3.12).


Проверим правильность определения реактивных сил в опорах суммированием всех сил на ось ординат

Следовательно, опорные реакции определены, верно.
Изгибающий момент в точке С (рис. 3.7) найдем по формуле [9,10,11]:
  (3.13)
где Мс - изгибающий момент в точке экстремума (максимума), Н∙м;
q - распределенная нагрузка, действующая на полосу отвала, Н/м;
l - длина верхней полосы по центрам болтов крепления, м.
Откуда

Условие прочности полосы для рассматриваемого случая имеет вид:
 (3.14)
где - расчетное напряжение изгиба, МПа;
- изгибающий момент в опасном сечении, Нм;
W - момент сопротивления поперечного сечения, мм3;
- допускаемое напряжение изгиба, МПа.
Принимаем материал полосы сталь 65Г, закаленную, для которой
=290 МПа. [10,11]
Полоса в поперечном сечении представляет собой прямоугольник, для которого [9,10]:
(3.15)
где b - ширина полосы, мм;
h - толщина полосы, мм.
Исходя из конструктивных соображений принимаем b = 55 мм и h = 6 мм.
Тогда:

Условие прочности полосы:

Расчетное напряжение изгиба не превышает допустимого:
=192 МПа =290 МПа.
Следовательно, полоса отвала удовлетворяет условию прочности на изгиб.