Разработка комбинированного агрегата для предпосевной обработки почвы на базе культиватора (дипломный проект)

Дипломный проект
на тему «Разработка комбинированного агрегата для предпосевной обработки почвы на базе культиватора» 4 записи формата А4 на 135 страницах и 11 листов графической части формата А1. В П3 приведены 19 рисунков, 19 таблиц и 30 источников информационных ресурсов.
Представлено следующее: обзор существующих в настоящее время технологий предпосевной обработки, бенчмаркинг современных агрегатов и машин для предпосевной обработки, описана суть разрабатываемого агрегата для предпосевной обработки. Проведены необходимые технологические и конструктивные решения и расчёты, связанные с конструкцией проектируемого агрегата, кинематическая и функциональная схемы; расчеты параметров основных элементов проектируемого агрегата; технологический процесс сборки единицы «шлейф» и механической обработки детали втулка; выбор заготовки и метод получения детали путем механической обработки заготовки; два варианты схемы сборки единицы «шлейф»; эскизы схемы сборки пооперационно; вопросы охраны труда и экологической безопасности, связанные с производством и эксплуатацией агрегата комбинированного для предпосевной обработки почвы; экономическое обоснование разработки агрегата для предпосевной обработки почвы; годовой экономический эффект и представлена маркетинговая модель; выводы и предложения; представлен список используемых источников информации.

Содержание
Введение 8
1 Конструкторская часть 9
1.1 Техническое задание на проектирование 9
1.2 Исходные данные для проектирования 20
1.2.1 Анализ машин-аналогов 24
1.2.2 Патентный поиск машин-аналогов. Бенчмаркинг 33
1.3 Обоснование функциональной схемы СХМ 44
1.3.1 Анализ технологических операций и процессов и технических средств их реализующих 44
1.3.2 Обоснование и расчет вариантов рабочих органов, выполняющих технологические операции в СХМ 46
1.3.3 Оценка обеспечения заданных показателей на значения проектируемой СХМ 50
1.3.4 Построение и описание рациональной функциональной схемы 52
1.4 Построение принципиальной схемы объекта проектирования 53
1.4.1 Композиционное построение проектируемой машины 53
1.4.2 Обеспечение эксплуатационных требований 55
1.4.3 Обеспечение устойчивости машины и агрегатов 57
1.4.4 Анализ возможности обеспечения надежности объекта проектирования 60
1.4.5 Оценка условий эксплуатации объекта проектирования 63
1.4.6 Построение принципиальной схемы 65
1.5 Обоснование и построение кинематической схемы проектируемой машины 66
1.6 Энергетический расчет 69

2 Технологический раздел 79
2.1 Технические требования и нормы точности, предъявляемые к шлейфу и втулке 79
2.2 Выбор варианта получения заготовки для детали 80
2.3 Формирование операций механической и химико-термической обработки втулки 83
2.4 Расчет размеров заготовки с учетом припусков на обработку резанием и формоизменяющих операций 89
2.6 Проектирование сборочных операций 91
2.7 Определение типа производства и его организации 95
3 Экономическое обоснование проекта 99
3.1 Общие положения по экономическому обоснованию модернизируемой техники 99
3.2 Модель представления конструкторского решения с позиции маркетинговой ориентации 100
3.3 Расчет себестоимости изготовления модернизируемой машины 102
3.4 Определение стоимости конструкторских работ 103
3.5 Определение стоимости технологической подготовки производства 105
3.6 Определение общих затрат на создание машины 105
3.7 Определение цены новой машины 106
3.8 Расчет изменения технико-экономических показателей 107
3.9 Определение целесообразности производства разработанного агрегата на основе анализа безубыточности 108
3.10 Определение эксплуатационных издержек машины у потребителя 112
3.11 Определение дополнительной прибыли для потребителя 114
3.12 Определение экономической эффективности проекта 114
4 Экологичность и безопасность проекта 117
4.1 Анализ опасных и вредных факторов 117
4.2 Инженерные решения по улучшению условий труда. Расчет пылеулавливающей камеры 121
4.3 Экологичность проекта 126
4.4 Пожарная безопасность 129
4.5 Вывод 130
Заключение 131
Перечень использованных информационных ресурсов 133





1 Конструкторская часть

1.1 Техническое задание на проектирование

Наименование машины и область применения:
Комбинированный агрегат КУВР-5,5 на базе культиватора предназначен для предпосевной обработки почвы непосредственно перед посадкой возделываемой культуры. Основание для разработки агрегата:
- агротехнические требования;
- задание на дипломный проект.
Цель и назначение разработки агрегата: агрегат для выравнивания и подготовки почвы к посеву КУВР-5,5 предназначен для предпосевной обработки почвы и выполняет следующие операции:
- культивация;
- выравнивание;
- шлейфование
Цель разработки – создание агрегата, который за один проход будет проводить несколько операций обработки, что значительно снизит капитальные вложения, материалоемкость, энергоемкость и увеличит производительность труда.
Агрегат предназначен для поверхностной и предпосевной обработки почвы и ухода за парами. Технологический процесс, выполняемый культиватором, заключается в следующем: при рабочем ходе агрегата по полю рабочие органы рыхлят на заданную глубину поверхностный слой почвы, подрезают сорняки, а расположенный сзади шлейф выравнивает борозды, которые образуются от прохода рабочих органов. Агрегат обрабатывает почву под посевы яровых, овощных и пропашных культур, необходим для обработки паровых полей, а также для предпосевного рыхления верхнего слоя почвы.
Агротехнические требования для проектирования агрегата: для обеспечения наиболее благоприятных условий посева, эффективного подавления сорняков предпосевную культивацию необходимо проводить в день посева.
Сплошная культивация проводится на глубину заделки семян, т.е. на 6 см, отклонение от заданной глубины обработки почвы допустимо в пределах ±1 см. Для лучшего выравнивания поля и подрезания сорняков сплошную культивацию проводят поперек направления предшествующей культивации. На склонах культивацию проводят поперек склона, что способствует снижению водной эрозии.
Поверхность обработанного поля после прохода орудия должна быть ровной, высота гребней и глубина борозд взрыхленного слоя не более 2 см.
Сорняки должны быть уничтожены полностью.
Перекрытие смежных проходов агрегата в пределах 10-15 см.
Пропуски и огрехи не допускаются.
Разворот агрегата выполняют с поднятыми рабочими органами.
Поворотные полосы обрабатывают в поперечном направлении после обработки основной части поля.
В дипломном проекте предполагается орудие для сплошной обработки почвы при подготовке поля при возделывании кукурузы.
Культиватор может быть использован в хозяйстве как для предпосевной обработки почвы при возделывании кукурузы, так и при возделывании других яровых культур.
Разрабатываемое орудие предназначено для предпосевной обработки, подготовки почвы при возделывании кукурузы.
Источниками для разработки орудия для обработки почвы является справочная и методическая литература по сельскохозяйственным машинам и агротехнические требования обработки почвы при возделывании кукурузы.
Разрабатываемое орудие должно быть прицепного типа и иметь ширину захвата 5,5 м. В транспортном положении транспортный просвет должен быть не мене 350 мм.
При обработке почвы агрегатом должно одновременно проводиться уничтожение сорняков, выравнивание и шлейфование поля.
Агрегат должен обеспечивать обработку почвы в условиях, которые сложились на начало работ, но показатели качества работы и надежности обеспечиваются при работе в условиях, приведённых ниже:
уклон поля должен быть не более 8,5;
влажность почвы не менее 22 % и не более 28 %; 5
в поверхностном слое почвы содержание пожнивных остатков не должно превышать 25 %;
твёрдость почвы до 3,5 МПа в горизонтах от 0 до 15 см;
необходимое давление в гидросистеме трактора до 16 МПа (160 атм);
в гидросистеме агрегата не допускается наличие воздуха;
в обрабатываемом слое почвы не должно быть камней и скоплений пожнивных остатков.
Условия эксплуатации проектируемого агрегата: культиватор эксплуатируется на открытом воздухе в поле при предпосевной обработке почвы под посев культур.
Конструкция агрегата должна обеспечивать надежную работу при температуре окружающего воздуха от +2 до +50°С и сильной запыленности.
Культиватор обслуживается одним человеком – трактористом.
Техническое обслуживание:
Ежесменное техническое обслуживание (ЕТО) через 10 часов работы (после смены);
Периодическое техническое обслуживание (TO-1) через 50, 100, 150 часов работы;
Сезонное техническое обслуживание перед началом сезона эксплуатации;
Техническое обслуживание при хранении.
Показатели назначения агрегата:
Основные параметры разрабатываемого агрегата:
Ширина захвата – 5,5 м.
Сменная производительность – 23,7га/см.
Глубина обработки почвы:
 - культиватором – 6 см;
 - выравнивателем – 2 см;
 - шлейфом – 4 см.
Рабочая скорость:
 - при угле подъема i=3% - 8,1 км/ч;
 - на горизонтальной плоскости – 8,2 км/ч.
Габаритные размеры, мм:
В рабочем положении:
 длина – 2900;
 ширина – 5650;
 высота – 1000.
 В транспортном положении:
 длина – 2200;
 ширина – 5650;
 высота – 1420.
масса, кг – 2050.
Агрегатируется с трактором класса – 1,4 кН.
Обслуживающий персонал – 1 человек(тракторист).
Основные показатели качества выполнения технологического процесса: после прохода разрабатываемого почвообрабатывающего орудия поверхность поля должна быть ровной.
Глубина не заделанных впадин и высота гребней не более, см  2 см
Предпосевная обработка на глубину, см –     - 6±1
Диаметр почвенных комков не более, мм     - 25 мм
Перекрытие смежных проходов, мм      - 10-15 см
Поле должно быть хорошо взрыхлено.
В пределах захвата агрегата не должно быть пропусков и огрехов.
Требования к надёжности:
Срок службы до списания -7 лет.
Коэффициент готовности - не ниже 0.87.
Наработка на отказ, ч. – 15.
Коэффициент надёжности технологического процесса - не ниже 0.95.
Коэффициент использования эксплуатационного времени - 0.75.
Коэффициент технологического обслуживания – 0.9.
Суммарный ресурс, ч – не менее 2800.






.4.2 Обеспечение эксплуатационных требований

Агрегат КУВР-5,5 разработан на основе комбинированной схемы, объединяющей культиваторные ножи и шлейф-борону в единую конструкцию. Такое решение обеспечивает выполнение всех технологических операций предпосевной обработки почвы за один проход. Передняя секция агрегата оснащена 40 прямыми ножами с долотовидной заточкой, расположенными в шахматном порядке с шагом 275 мм. Ножи крепятся к раме через пружинные стойки, что позволяет им сохранять заданную глубину обработки 6±1 см даже на неровном рельефе.
За ножевой секцией установлен предварительный выравниватель из стальных уголков, который начинает процесс выравнивания поверхности сразу после рыхления. Основное выравнивание выполняет шлейф-борона, состоящая из 60 зубьев квадратного сечения, закрепленных на овальных звеньях. Такая конструкция шлейфа обеспечивает хорошее крошение комков и создание равномерного мульчирующего слоя. Глубина обработки шлейфом составляет 4 см, что оптимально для подготовки посевного ложа.
Особенностью конструкции является отсутствие катка, что упрощает схему агрегата и снижает его металлоемкость. Выравнивание поверхности достигается за счет комбинированного действия предварительного выравнивателя и шлейф-бороны. Такой подход позволяет получить требуемую ровность поверхности (гребни и впадины не более 2 см) без дополнительного уплотняющего органа. Качество обработки соответствует агротехническим требованиям при меньшей сложности конструкции по сравнению с аналогами.
Все регулировки агрегата выполняются механически, без использования автоматических систем. Глубина обработки устанавливается перестановкой стопорных колец на стойках ножей. Угол атаки ножей имеет три фиксированных положения (30°, 35° и 40°), что позволяет адаптировать агрегат к разным типам почв. Натяжение цепей шлейфа регулируется винтовыми механизмами, обеспечивающими равномерное распределение нагрузки по ширине захвата.
Эксплуатация агрегата не требует специальных навыков от тракториста. Техническое обслуживание включает регулярную проверку креплений, замену изношенных ножей и зубьев, смазку шарнирных соединений. Конструкция предусматривает быстрый доступ ко всем узлам для обслуживания и ремонта. Отсутствие сложных механизмов и автоматики повышает надежность агрегата и снижает требования к условиям эксплуатации.
По сравнению с аналогами, агрегат КУВР-5,5 показывает лучшие показатели по соотношению стоимости и эффективности. При ширине захвата 5,5 метров он обеспечивает сменную производительность 23,7 га, полностью соответствуя агротехническим требованиям к предпосевной обработке почвы. Упрощенная конструкция без катка и автоматических систем делает его особенно подходящим для хозяйств с ограниченными ресурсами на обслуживание техники.
Перспективы развития конструкции включают внедрение быстросъемных креплений рабочих органов, усиление наиболее нагруженных узлов и улучшение эргономики регулировочных механизмов. Эти усовершенствования могут быть реализованы без изменения базовой концепции агрегата, сохраняя его главные преимущества - простоту, надежность и эффективность. Агрегат оптимально подходит для хозяйств, где важна бесперебойная работа техники в условиях интенсивной эксплуатации.




.1 Технические требования и нормы точности, предъявляемые к шлейфу и втулке

Конструкция шлейфа и втулки должна обеспечивать соответствие показателей технологичности требованиям ОСТ 23.4.102-76, учитывая технологичность изготовления, сборки и эксплуатации. Все детали должны быть удобны в регулировке и обслуживании в полевых условиях. Размеры для справок (отмеченные *) обеспечиваются автоматически составом и положением входящих сборочных единиц и деталей. Все покупные и изготовленные детали перед сборкой проходят входной контроль качества согласно ТУ 28.30.32-090-79239939-2018. Неуказанные предельные отклонения размеров выполняются по 14 квалитету (IT14) для шлейфа и по 12 квалитету (IT12) для втулки.
Сварные соединения шлейфа должны соответствовать 3 классу по ГОСТ 23118-2018, выполняться ручной дуговой сваркой. Детали креплений перед сборкой должны иметь антикоррозионное цинковое покрытие по ГОСТ 9.303.
Для шлейфа установлены следующие требования: радиальное биение цепных секций не должно превышать 2,5 мм при нагрузке 1,8 кН, момент сопротивления вращению — не более 15 Н·м. Допускается местный износ зубьев до 20% от первоначального размера. Шероховатость рабочих поверхностей: контактные — Ra 6,3, неответственные — Ra 12,5.
Втулка должна иметь твердость рабочих поверхностей HRC 45-50 после поверхностной закалки ТВЧ с глубиной упрочненного слоя 1,5-2,0 мм. Допуски формы: отклонение от цилиндричности — не более 0,03 мм, торцевое биение — не более 0,05 мм. Посадочные зазоры: с осью — 0,05-0,08 мм, с корпусом — 0,03-0,05 мм. Шероховатость рабочих поверхностей — Ra 0,8, неответственных — Ra 3,2.
На чертежах для шлейфа указываются допуск параллельности направляющих плоскостей 0,1 мм на 100 мм длины и допуск симметричности крепежных отверстий — 0,5 мм.
После сборки шлейф должен обеспечивать плавное вращение без заеданий при скорости 8,2 км/ч, сохранять работоспособность при температуре от -30°C до +50°C и иметь ресурс работы не менее 2000 моточасов. Конструкция должна соответствовать агротехническим требованиям по качеству обработки почвы: высота гребней не более 2 см, равномерность распределения растительных остатков, полное уничтожение сорной растительности, отсутствие пропусков при обработке.


2.3 Формирование операций механической и химико-термической обработки втулки


Рисунок 2.1 – Втулка

Деталь, как и в целом весь разрабатываемый в данном дипломном проекте агрегат, обладает простой формой изготовления, не требует специализированной обработки на продвинутом оборудовании и не является изделием, к которому могут быть применены повышенные технические требования. Из анализа технологичности детали «Втулка» (рис. 3.26) следует: деталь простой цилиндрической формы и может быть обработана на универсальном оборудовании (токарном станке типа 16К20)
Для детали "втулка предусмотрена комплексная химико-термическая обработка с последующим нанесением цинкового покрытия Ц8 хр.бцв. по ГОСТ 9.303-84, обеспечивающая высокую коррозионную стойкость и износоустойчивость в условиях эксплуатации. Технологический процесс начинается с тщательной подготовки поверхности, выполняется многоступенчатое обезжиривание в растворе ТМС-31 при температуре 60-70°С в течение 15-20 минут с последующей промывкой в проточной воде 40-50°С и травлением в 15% растворе соляной кислоты при комнатной температуре. Химико-термическая обработка включает цементацию в твердом карбюризаторе на основе смеси бария углекислого и древесного угля при температуре 920-940°С в течение 4 часов для получения науглероженного слоя глубиной 0,8-1,2 мм, закалку с температуры 840-860°С в масле И-20А и низкотемпературный отпуск при 180-200°С для снятия внутренних напряжений.
Нанесение цинкового покрытия Ц8 хр.бцв. осуществляется методом электрохимического осаждения в сернокислом электролите состава: ZnSO4·7H2O 200-300 г/л, Na2SO4 50-70 г/л и Al2(SO4)3 20-30 г/л при pH 3,8-4,2, плотности тока 1-2 А/дм2 и температуре 18-25°С в течение 25-30 минут, что обеспечивает получение равномерного блестящего покрытия толщиной 15-25 мкм. Обязательной операцией является последующее хроматирование в растворе хроматов (CrO3 150-200 г/л, H2SO4 1-2 г/л) при комнатной температуре в течение 10-15 секунд с образованием радужного защитно-декоративного слоя с преобладанием голубых оттенков. Особое внимание уделяется полному покрытию всех поверхностей детали - участки с отсутствием покрытия категорически не допускаются.

Контроль качества включает визуальный осмотр 100% изделий на отсутствие непокрытых участков, наплывов и отслоений. Твердость поверхности после обработки должна составлять HRC 53-58, при этом готовая деталь маркируется несмываемой краской с указанием номера партии и даты изготовления, упаковывается в промасленную бумагу по ГОСТ 515-77 с соблюдением требований к межоперационному хранению (не более 5 суток перед сборкой). Технологический процесс предусматривает строгие меры безопасности: использование химически стойкой одежды, обязательную работу вытяжной вентиляции, постоянный контроль концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны и нейтрализацию сточных вод перед их сбросом.
Описание технологического процесса изготовления втулки представлено в таблице 2.1