Модернизация устройства для обмолота семенников трав зерноуборочного комбайна РСМ-142 Acros (дипломный проект)

Дипломный проект

Пояснительная записка 60с., 14 рис., 7 таб., 48 источников, графическая часть 6 листа формата А1.
Ключевые слова: комбайн, молотильный барабан, устройство для обмолота трав,
Цель ВКР – снижение трудоемкости установки накладки для обмолота семенников трав на подбарабанье зерноуборочного комбайна.
Спроектировано устройство для обмолота семенников трав. В конструкцию добавлен упор для более быстрой фиксации накладки на подбарабанье.
В ВКР приведены материалы по безопасности жизнедеятельности и охране окружающей среды. В технике безопасности описаны правила работы на комбайне. В разделе экологической безопасности приведены материлы о влиянии конструкции на окружающую среду.
В результате модернизации сокращено время монтажа накладки для уборки семенников на подбарабанье зерноуборочного комбайна за счет исключения операций монтажа и демонтажа переднего щитка подбарабанья, повышено удобство монтажа. В конструкторской части произведен расчет заклепочного соединения ребра и основания. Рассчитан сварочный нахлестный шов пластинки и основания. А также произведен расчет болтового соединения деки и накладки. Условия прочности соблюдаются во всех расчетах.
Стоимость конструкции составила 21908 рублей, время монтажа сокращено на 1,5 часа. Экономический эффект составил 37600 рублей. Срок окупаемости 3,5 года.


сходные данные: патент RU 196028 устройство для обмолота семенников трав, Комбайн самоходный зерноуборочный РСМ-142«Acros»: инструкция по эксплуатации и техническому обслуживанию / ООО «Комбайновый завод “РОСТСЕЛЬМАШ”». –Версия 4. 298 с.
Пояснительная записка 60с., 14 рис., 7 таб., 48 источников, графическая часть 6 листа формата А1.
На основании патента и руководства по эксплуатации создана 3d модель накладки для обмолота трав.
Цель ВКР – снижение трудоемкости установки накладки для обмолота семенников трав на подбарабанье зерноуборочного комбайна Акрос 580.
В результате модернизации сокращено время монтажа накладки для уборки семенников на подбарабанье зерноуборочного комбайна за счет исключения операций монтажа и демонтажа переднего щитка подбарабанья, повышено удобство монтажа. В конструкторской части произведен расчет заклепочного соединения ребра и основания. Рассчитан сварочный нахлестный шов пластинки и основания. А также произведен расчет болтового соединения деки и накладки. Условия прочности соблюдаются во всех расчетах.


Содержание

ВВЕДЕНИЕ 7
1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ВКР 8
1.1 Проблемы сбора семенников трав 8
1.2 Классификация устройств для обмолота семенников трав 9
1.3 Обзор патентов 14
1.3.1 Барабан молотильный No 2460274 14
1.3.2 Барабан молотильный No 2479192 16
1.4 Цели, задачи и обоснование темы ВКР 19
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 20
3 КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ 25
3.1 Описание конструкторской разработки 25
3.2 Расчет заклепочного соединения ребер к основанию накладки на прочность 29
3.3 Расчет на прочность сварного нахлесточного соединения 32
3.4 Расчет болтового соединения на прочность 34
4 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ 37
4.1 Общие требования безопасности при работе на комбайне 37
4.2 Экологическая безопасность зерноуборочного комбайна 42
5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 45
5.1 Расчет стоимости изготовления накладки 45
5.2 Экономическое сравнение приспособлений для обмолота трав 49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53
ЛИТЕРАТУРА 54





3.1 Описание конструкторской разработки
Представленная модель относится к области сельскохозяйственного машиностроения и может быть использована для улучшения работы молотильных устройств зерноуборочных комбайнов при уборке семенников трав [27].
Известное устройство для обмолота семенников трав в зерноуборочном комбайне СК-5-МЭ-1 «Нива-Эффект», описанное в книге «Зерноуборочные комбайны» (автор - Портнов М.Н., издательство «Агропромиздат», 1985 г.).
Однако данное устройство имеет недостатки, такие как высокая трудоемкость установки и демонтажа приспособления на комбайне, а также высокая трудоемкость выставления зазоров вручную при настройке комбайна на уборку семенников трав в зависимости от аграфона. Это может привести к длительным простоям комбайна, количественным и качественным потерям, снижению производительности и основного рабочего времени [17].
Предложенная модель решает эти проблемы. Она включает в себя накладку с прямоугольными рифами и две пары подпружиненных болтов, соединенных с накладкой и крышкой барабана. Накладка устанавливается над барабаном и удерживается на подпружиненных болтах. Зазор между верхушками рифов и бичами барабана молотильного осуществляется при помощи регулировочных гаек, установленных на подпружиненных болтах.
Преложенная модель позволяет сократить время установки и демонтажа приспособления на комбайне, а также уменьшить трудоемкость выставления зазоров вручную при настройке комбайна на уборку семенников трав в зависимости от аграфона. Это способствует повышению производительности и основного рабочего времени комбайна, а также снижению количественных и качественных потерь.
Устройство для обмолота семян трав в зерноуборочном комбайне "Вектор" является наиболее подходящим для использования в качестве полезной модели. Оно состоит из накладки, которая имеет основание, выполненное в форме изогнутого листа, ребер, расположенных на рабочей поверхности основания и твердо закрепленных на нем, а также пластин и прижимов, расположенных на нерабочей поверхности основания и также твердо закрепленных на нем. Пластины установлены на задней части накладки, а прямоугольное отверстие в пластинах соответствует прямоугольным отверстиям в основании. Прижимы установлены в передней части накладки и расположены вдоль линии сгиба. Для фиксации передней части накладки необходимо демонтировать передний щиток на подбарабаньи и совместить отверстия прижимов накладки с отверстиями на передней поперечной планке подбарабанья, после чего она фиксируется при помощи болтовых соединений. Количество прижимов соответствует количеству мест крепления переднего щитка. Для фиксации задней части накладки используются упоры, которые также фиксируются болтовыми соединениями. Количество упоров соответствует количеству отверстий, расположенных на задней части накладки. Упоры совмещены с прямоугольными отверстиями на пластинах накладки.
Однако, это устройство имеет недостатки, такие как высокая трудоемкость при установке и демонтаже приспособления в зависимости от условий уборки зерновых и других культур. Это может привести к длительным простоям комбайна, количественным и качественным потерям, а также снижению основного рабочего времени и производительности комбайна.
Задачей заявляемой полезной модели являются увеличение производительности зерноуборочного комбайна, снижение трудоемкости при переоборудовании комбайна, а также увеличение основного рабочего времени за счет исключения операций монтажа и демонтажа переднего щитка подбарабанья.
Устройство работает следующим образом.
Для очистки семянников трав необходимо установить накладку 4 на подбарабанье 2 через свободные проемы в комбайне, затем установить болты 6 в прямоугольные отверстия в накладке 4 и завести упоры 5 с шайбами 8 на болты 6, закрепив гайками 7. Далее следует установить накладку 3 на надставку подбарабанья 1, установить болты 6 в прямоугольные отверстия в накладке 3 и завести упоры 5 с шайбами 8 на болты 6, закрепив гайками 7.
Технологическая масса поступает в молотильный зазор из наклонной камеры и захватывается бичами молотильного барабана, которые протаскивают ее в пространство между молотильным барабаном и надставкой подбарабанья 1 с накладкой 3 и подбарабаньем 2 с накладкой 4. За счет установленных накладок 3 и 4 увеличивается время нахождения технологической массы в молотильном зазоре. Вымолоченные зерна вместе с мелкими примесями просыпаются сквозь решетку подбарабанья 2 и попадают на очистку под действием центробежной силы.
Таким образом, использование установленных накладок 3 и 4 позволяет снизить трудоемкость переоборудования комбайна, увеличить основное рабочее время и производительность зерноуборочного комбайна, так как исключается операция монтажа и демонтажа переднего щитка подбарабанья.

1 – надставка подбарабанья; 2 – подбарабанье; 3, 4 – накладки.
Рисунок 3.1 – общий вид подбарабанья с накладками вид сверху, в изометрии

1 – надставка подбарабанья; 2 – подбарабанье; 3, 4 – накладки; 5 – упор; 6 – болт; 7 – гайка; 8 – шайба
Рисунок 3.2 – общий вид подбарабанья с накладками в

10, 11, 12 – ребра; 14 – основание.
Рисунок 3.3 – общий вид задней накладки (вид сверху в изометрии)


На основании собранных данных создана 3D устройства для обмолота семенников и составлен комплект конструкторской документации [10,16,15].
Рисунок 3.4 – Устройство для обмолота трав
3.2 Расчет заклепочного соединения ребер к основанию накладки на прочность
Заклепочное соединение — это вид соединения, в котором для крепления деталей используется металлическая заклепка. Такие соединения используются в случаях, когда детали должны выдерживать значительные вибрационные и повторяющиеся нагрузки, а также в случаях, когда необходимо соединить детали из несвариваемых материалов или тех, которые не могут быть сварены из-за коробления или отпуска термообработанных деталей.
Заклепки представляют собой крепежные изделия в форме гладкого цилиндрического стержня с головками на концах. Одну из головок, называемую закладной, формируют на заготовке заранее, а вторую, называемую замыкающей, формируют при клепке пластическим деформированием.
Таблицы 3.1 - Рекомендуемые диаметры заклепок d из стали в зависимости от толщины соединяемых листов s, мм
s  ≤ 1,5  1,5...2  2,5...3  3,5...4,5  5...6  7...9  10...12  13...22  23...31  ≥ 32
d  4  6  8  10  12  16  20  24  30  36

Выбираем диаметр заклепки согласно таблице 3.1. Принимаем диаметр заклепки 6 мм. Расчетная толщина стержня составляет 10 мм. Форма головки полукруглая, класс точности В.
Необходимо подобрать заклепку и произвести ее расчет на прочность. Требуется закрепить ребра на поверхности основания накладки.

Рисунок 3.6 – накладка с ребрами
При работе с нагрузкой, которая направлена перпендикулярно осям заклепок (см. рисунок 3.7), соединение может выйти из строя из-за среза заклепок в плоскости, где детали соединены.
При расчете прочности заклепочных соединений применяются определенные допущения. Предполагается, что все заклепки в швах равномерно нагружаются, а напряжения в поперечных сечениях деталей также распределяются равномерно. Однако распределение напряжений при деформации заклепок неравномерно - оно равно нулю по краям площадки деформации и максимально в центре. Для упрощения расчетов площадь деформации принимается как произведение диаметра заклепки и наименьшей толщины соединяемых деталей.

Рисунок 3.7 – Сечение заклепочного соединения
Исходные данные: F=500 Н; Диаметр заклепки d=6 мм;
  〖σ 〗_см=F/A_cм ≤[〖σ 〗_см], (3.1)
Где F – усилие, действующие на заклепку, Н;
A_cм – площадь смятия в заклепочном соединении, мм2;
〖σ 〗_см – допускаемое напряжение смятия, МПа. Принимаем значение по таблица 3.2 материал сталь 12х.
Найдем площадь смятия по формуле:
  A_cм=z∙d∙s_min=2*6*7=84 мм2. (3.2)
  〖σ 〗_см=500/84≤[〖σ 〗_см],
  〖σ 〗_см=5,95 МПа≤[〖σ 〗_см ]=280 МПа.
Условие прочности выполняется.
Условие прочности заклепки на срез:
  〖τ 〗_ср=F/A_cр ≤[〖τ 〗_ср], (3.3)
где A_cр – площадь среза в заклепочном соединении, мм2;
〖τ 〗_см – допустимое напряжение среза, Мпа (таблица 3.2)
Найдем площадь среза:

  A_cр=z∙i∙(π∙d^2)/4=2*1*(π∙6^2)/4=56 мм2. (3.4)
  〖τ 〗_ср=500/56≤[〖τ 〗_ср], 
  〖τ 〗_ср=8,92 МПа≤[〖τ 〗_ср ]=100 МПа. 
Условие прочности выполняется.
Таблица 3.2 -Допускаемые напряжения в деталях заклепочных соединений материал сталь 12х
Напряжения Способ изготовления отверстий Допускаемые напряжения, МПа
  для конструкции и заклепок из низкоуглеродистых сталей для соединений из цветных сплавов
Срез заклепок [〖τ 〗_ср] Сверление
Продавливание 140
100 (0,25...0,3) 〖σ 〗_т
Смятие заклепок [〖σ 〗_см] Сверление
Продавливание 320
280 (0,6...1) 〖σ 〗_т

Примечание. При пульсирующей нагрузке значения допускаемых напряжений снижают на 10...20 %, при знакопеременной – на 30...50 %.
Отверстия в листовой детали «основание» выполняются на координатно-пробивном прессе, следовательно Срез заклепок [〖τ 〗_ср] = 100 Мпа, Смятие заклепок [〖σ 〗_см] = 280 Мпа. Условия прочности соблюдаются с большим запасом. Заклепки выбраны корректно.
3.3 Расчет на прочность сварного нахлесточного соединения
Необходимо соединить пластинку с основанием накладки.
Исходные данные: нагруженной силой F = 1000 Н. Катет углового шва K = 2 мм и задан из условия минимального катета для толщины меньшей из соединяемых деталей s = 2 мм. Размер b = 150 мм. Материал – Ст3 [11].


Рисунок 3.8 – Основание накладки с пластинками
Постановка задачи. Определить длину шва l нахлесточного сварного соединения приваренной пластины (рисунок 3.8).

а) б)
Рисунок 3.8 – а) Деталь пластинка; б) Схема нахлесточного сварного соединения
Условие прочности на срез [6]:
  〖τ 〗_(cрΣ.max )=F/(2*0,7*K*l)+(3F∙b)/(0,7K∙l^2 )≤[〖τ 〗_cр ], (3.5)
где F – сила нагрузки;
K – катет шва;
l – длина шва;
[〖τ 〗_cр]= 130 Мпа, для материала ст3 с визуальным контролем качества шва.
Так как катет шва задан, то выразим длину шва, решая квадратное уравнение [6]:
  l≥(√(4368*b*F*K+F^2 )+F)/(364*K)≥(√(4368*150*1000*2+1000^2 )+1000)/(364*2)=51 мм.  (3.6)
  〖τ 〗_(cрΣ.max )=1000/(2*0,7*2*51)+(3*100∙150)/(0,7*2∙51^2 )=19,36 МПа.
  〖τ 〗_(cрΣ.max )=19,36 МПа≤[〖τ 〗_cр ]= 130 МПа.
Условие прочности соблюдаются.
3.4 Расчет болтового соединения на прочность
Необходимо рассчитать болт на прочность, присоединяющий накладку к деке. Расчет выполнен в соответствии с рекомендациями [6].
Исходные данные: Болт М6 с диаметром резьбы d=6 мм, шаг резьбы Р= 1мм, длина болта l =60 мм и резьбы b=60 мм. Высота шестигранника m=5,2 мм, 〖h 〗_1=2 мм, 〖h 〗_2=22 мм, 〖h 〗_3=23 мм, Q=1000 Н, z=4 количество болтов.

Рисунок 3.9 – Схема присоединения накладки
1 – упор; 2 – гайка; 3 – шайба; 4 – болт.
Требуемый диаметр отверстий в соединяемых деталях:
  〖 d〗_0=1,1*d=1,1*6=6,6 мм. (3.7)
Принимаем 〖 d〗_0=7 мм.
Найдем выход конца болт из гайки:
  〖 d〗_0=l-〖h 〗_1-〖h 〗_2-〖h 〗_3-m=60-2-22-23-5,2=6,8 мм, (3.8)
что больше необходимого выхода.
  〖k 〗_1=0,3*d=0,3*6=1,8 мм. (3.9)
Рассчитаем запас резьбы:
  t=〖h 〗_1+〖h 〗_2+〖h 〗_3-(l-b)=2+22+23-(60-60)=47 мм,(3.10)
Что больше необходимого минимума.
  t=0,5*d=0,5*6=3 мм. (3.11)
Потребная сила затяжки по условию несдвигаемости соединяемых деталей:
  F_зат=(S*Q)/(z*i*f)=(2*1000)/(4*3*0,2)=833 Н. (3.12)
Где S=2 – запас сцепления во избежание сдвига;
i – число стыков, стягиваемых болтами;
f=0,2 – коэффициент сцепления для сухих стальных поверхностей;
Условие прочности болта при затяжке:
  σ_экв=(1,3*F_зат)/А_р ≤[σ_р^']. (3.13)
Расчетный диаметр резьбового стержня:
  d_р=d-0,938*P=6-0,938*1=5,062 мм. (3.14)
Расчетная площадь сечения резьбового стержня:
  А_р=(π*d_p^2)/4=(3,14*〖5,062〗^2)/4=20,12 〖мм〗^2. (3.15)
Требуемые допускаемые напряжения растяжения в болтах из условий прочности при затяжке:
  σ_экв=(1,3*833)/20,12=55 МПа. (3.16)
Коэффициент безопасности при постоянной нагрузке болтов с контролем сила затяжки S=1,5. Принимаем болт класса прочности 5.8 с минимальным приделом текучести σ_т=280 МПа [8].
  σ_р^'=[σ_т ]*S=280/1,5=186 Мпа. (3.17)
  σ_экв≤σ_р^' 
  σ_экв=55 МПа ≤[σ_р^' ]=186 МПа. 
Условие прочности выполняется.
Вывод третьему разделу: Произведен расчет заклепочного соединения, выбраны параметры заклепки. Составлена 3D модель и комплект конструкторской документации [4]. Расписаны преимущества и недостатки аналогов. Описан способ достижения технического результата.

4 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
4.1 Общие требования безопасности при работе на комбайне
1.1. Рабочие, которые прошли все необходимые инструктажи, обучение и проверки своих знаний и навыков, могут самостоятельно работать с техникой.
1.2. В соответствии с производственным инструктажем работник должен выполнять поручения бригадира.
1.3. Перед началом работы для работник должен надеть специальную одежду, спецобувь и головной убор, а также, при необходимости, использовать защитные приспособления.
1.4. Рабочий обязан поддерживать чистоту и порядок на своем рабочем месте. Запрещается загораживать пожарный инвентарь и использовать пожарные огнетушители, пиротехнические изделия и аналогичные предметы.
1.5. Работа на оборудовании с неисправными или неприкрепленными ограждениями движущихся частей запрещена.
1.6. Если рабочий обнаруживает неисправности оборудования перед началом работы, он обязан немедленно сообщить об этом своему начальству.
1.7. Рабочий должен быть знаком с методами и приемами оказания первой помощи пострадавшему и немедленно сообщить о случившемся несчастном случае своему руководству или бригадиру.
1.8. Лица, нарушающие требования инструкций по технике безопасности, могут быть привлечены к административной или судебной ответственности в зависимости от характера нарушений.
Правила безопасности работ по ремонту и настройке.
- Следует избегать определенных действий, приводящих к поломке машины или к аварии. Нельзя стоять за комбайном, с навешанным ИРС, или рядом с вращающимися частями (барабанами, бичами, шкивами и т.д.).
- Перед началом работы необходимо проверить состояние машины, убедиться в ее исправности и надежности крепления всех узлов и деталей.
- Запрещается запускать двигатель с открытым капотом, во избежание попадания выхлопных газов внутрь машины.
- При перевозке грузов и людей на комбайне