Обоснование путей модернизации для ротационной косилки

Введение

 

Одним из основных видов корма в зимний период является сено, в котором содержатся все питательные вещества, необходимые для полноценного кормления животных. Для получения сена используют многолетние и однолетние бобовые и злаковые кормовые травы в чистом виде их смеси, а так же травостои природных улучшенных кормовых угодий, скошенные не позднее массового цветения бобовых и до начала цветения злаковых трав. В зависимости от ботанического состава и условий произрастания трав – сено подразделяют на следующие виды: сеяное бобовое, сеяное злаковое, сеянное бобово-злаковое, естественных сенокосов. В зависимости от содержания бобовых и злаковых растений, а также от физико-химических показателей сено по ГОСТ4808-75 подразделяют на три класса – первый, второй и трети, которые должны удовлетворить требованиям и нормам.

Для получения сена высокого качества, необходимо правильно организовать уборочные работы. Урожай трав, а также содержание в растениях протеина, клетчатки, витаминов и других веществ значительно зависят от фазы развития растений, при которой происходит уборка. Травы по мере созревания становятся менее питательными и хуже перевариваются животными. Крупный рогатый скот поедает больше и охотнее сено, приготовленное из трав, скошенных в более ранние фазы развития. Поэтому одним из основных условий получения высококачественного сена является своевременное кошение трав. Кроме того, на качество получаемого сена большое влияние оказывает продолжительность сушки трав. В результате исследований установлено, что при равномерной ускоренной сушке трав, обеспечиваемой такими операциями, как вспучивание, ворошение, потери питательных веществ могут быть снижены.

Внедрение новых технологических приемов заготовки сена сельскохозяйственное производство должно основываться на создании высокопроизводительных машин, максимально приближающих процессы кормопроизводства к промышленному производству.

В данном дипломном проекте мы попытались проанализировать работу ротационной косилки, выявить ее недостатки и пути их устранения. В дипломном проекте были проанализированы такие вопросы, связанные с особенностями технологического процесса среза, как качество среза, высота среза, конструкция режущих элементов.

На основании анализа были выдвинуты основные пути модернизации косилки.

Результаты проведенной работы изложены в данном проекте.

Анализ других конструктивных схем ротационных режущих аппаратов

 

Конструкции режущих аппаратов позволяют разделить их на два основных типа. Первый тип имеет роторы, выполненные в виде вертикальных консольных валов с закреплёнными внизу несущими элементами с ножами. Несущим элементом является диск, вращающийся в горизонтальной плоскости. Привод роторов осуществляется сверху, что обуславливает верхнее расположение несущей рамы, под которой проходят срезанные растения.

Во втором типе аппаратов применяются роторы с нижним приводом. В этих аппаратах роторы с ножами смонтированы сверху плоской коробчатой рамы, внутри которой размещён привод роторов. Скошенная масса проходит над несущей рамой.

При нижнем приводе аппаратов трава укладывается в прокос, а при верхнем – формируется в валки.

Недостатком косилок с верхним приводом является большая металлоёмкость на 1м захвата. Формируемый валок, после скашивания, плохо продувается следовательно трава долго сохнет.

В связи с этим ротационные аппараты с нижним приводом в последние годы получили более широкое применение.

Фирма Звегерс (Нидерланды) создала образец ротационной косилки с комбинированным приводом, крайние роторы приводятся сверху, а два средних - снизу. Благодаря такой компоновке привода получена жесткая рама, что повышает надежность работы косилки. Пока это единственная конструкция косилки с комбинированным приводом.

 

Ротационный режущий аппарат

Основной задачей при расчёте ротационных косилок является определение минимальной скорости, необходимой для пере резания растительного материала. Если исходишь из прочности стебля и массы, которая вовлекается в деформацию ударом ножа, то при срезании единичного прямостоящего стебля минимальная скорость резания Vр выражается формулой:

                                                            (1.1)

где: k_c – разрушающее напряжение среза;

k_c = (2…3)*10⁴кПа;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

E – модуль упругости,

Е=1,1*10⁷кПа;

-плотность материала стебля.

При данных значениях минимальная скорость резания будет равна:

При беспоткорном срезе, кроме энергии, расходуемой непосредственно на разрушение материала стебля, энергия расходуется на его изгиб, трение стерни о нижнюю поверхность диска и на отбрасывание срезанной части растений, поэтому энергоёмкость ротационных косилок больше, чем косилок с возвратно-поступательным движением ножа.

Написанные выражения минимальной скорости верны лишь для случая пере резания единичного стебля, а при срезании сплошной массы травостоя, при работе косилки в поле требуется введение поправочных коэффициентов.

Движение лезвия в этих условиях описывается следующим дифференциальным уравнением:

                  

где: I-момент инерции подвижных частей установки; м⁴;

- угол поворота лезвия в тормозном режиме; град;

M- момент сопротивления травостоя срезу; м⁴.

(1.2)

где:  - удельная сила резания (Н);

- участок лезвия, мм

- расстояние по радиусу от оси вращения до участка , мм.

Cила перерезания одного стержня не зависит от густоты стеблестоя.

Зависимость  выражается формулой

 (1.3)

где: а,b и с – коэффициенты, характеризующие физико-механические свойства материала и геометрию лезвия. (табл. 1.3)

 

Таблица 1.3. Значения коэффициентов

Культура	a	b	c
Клевер Костер Тимофеевка Люцерна	0,08 0,178 0,100 0,096	1,40 3,50 2,40 2,43	1,71 1,60 1,10 1,39

 

Зависимость удельной силы резания Р_с от скорости V_p показана на графике.

 

Рис. 1.1 Зависимость удельной силы резания Р_с в функции от скорости V_p

1-костер; 2-тимофеевка; 3-люцерна; 4-клевер.

Густота травостоя 1000 шт на 1м²

При затуплении лезвия до 100-120 мкм удельная сила резания увеличивается в среднем на 12-18%.

 

Оценка качества среза

 

За оценку качества среза можно принять отношение высоты стерни к высоте среза:

где: Н_ст- высота стерни, мм.

h_ср- высота среза, мм.

Эта величина всегда больше единицы и является коэффициентом увеличения высоты среза. Результаты экспериментов для некоторых трав представлены в виде зависимости  от скорости V_p

 

Рис. 1.2. Зависимость  от скорости резания

1-клевер; 2-костер; 3-овсяница луговая;

 

С увеличением скорости резания коэффициент  уменьшается и при некоторой скорости, различной для разных культур, становится равным единице. При этой скорости, которую принято называть верхней минимальной скоростью резания V_{p min}, срез прямостоящего стебля происходит практически без отгиба.

Для кошения с наименьшими потерями скорость резания должна быть равна или больше верхней минимальной, значения которой для различных культур приведены в таблице.

 

Таблица 1.4.

Значение V_{p min} для некоторых культур.

Культура	Клевер	Люцерна	Костер	Тимофеевка
Vp min,м/с	13	15	24	23

 

Результаты исследований показали, что сопротивление и работа резания уменьшаются по мере увеличения скорости резания. Это может быть объяснено тем, что усилие на режущей фаске лезвия складывается из двух составляющих: силы смятия, которая вызвана раздвиганием материала фасками лезвия, и усилия защемления вследствие изгиба стебля. Последнее усилие пропорционально прогибу и, таким образом, зависит от скорости резания, поэтому суммарная сила резания тоже уменьшается с увеличением скорости.

Время перерезания стебля

Рис.1.3. Схема для определения .

 

(1.4)

где: f – прогиб срезанных стеблей, мм;

d – диаметр стебля, d=4 мм;

V_p – скорость резания; V_p =45 м/с.

По коэффициенту можно получить значение прогиба срезаемых стеблей.

        (1.5)

Высоту среза h_ср возьмём 5-6 см, это средняя высота среза для трав.

Коэффициент возьмём средним для всех =1,2.

Тогда:

Отгиб стебля при высоте среза 60мм составил 30мм.

Подставим полученное значение в формулу (1.4)

Получим время среза одного стебля:

Из полученного результата видно, что время среза одного стебля составило 0,008с.

С увеличением скорости резания коэффициент будет приближаться к единице, следовательно отгиб стержня f будет приближаться к нулю, вследствие этого время среза одного стебля будет уменьшаться.

С увеличением высоты среза от 10 до 150мм верхняя минимальная скорость увеличивается на 10-25%.

Анализ процесса резания

 

Рис.1.7 Циклоида движения ротора с двумя режущими элементами.

 

Рис.1.8 Циклоида движения ротора с тремя режущими элементами.

 

Для того чтобы проанализировать процесс резания, построим циклоиды движения режущего аппарата с двумя режущими сегментами(рис.1.9) и режущего аппарата с тремя режущими сегментами.

Как видно из рисунка 1.9. увеличение скорости движения агрегата появляются участки не скошенной массы (заштрихованные участки), что приводит к большим потерям и ухудшению качества технологического процесса.

Не скошенные участки приводят к замедлению отрастания травы, нарушается целостность травостоя, ухудшению качества сена.

На рисунке 1.10 показан процесс среза растений тремя режущими сегментами. Как мы видим участки не скошенной массы пропали, срез происходит более качественно. Сено получается более высокого качества.

Из построенных циклограмм (рис.1.9 и рис.1.10) мы видим, что с увеличением скорости движения агрегата срез происходит не полностью (рис. 1.9), для этого следует добавить по одному режущему сегменту на каждый режущий аппарат.

Для трёх сегментов желательно, чтобы рабочая длина лезвия была больше, чем подача на одно лезвие т.е.

,мм.

Однако нам надобно делать эту длину значительно больше подачи, так как в этом случае часть лезвия у основания сегмента не будет участвовать в резании.

 

Конструкторская часть

 

Устройство и работа косилки

 

Косилка ротационная состоит из: рамы навески 5; подрамника 2; режущего аппарата 8; полевого делителя 4; тягового предохранителя 10; механизма привода7; стойки 9; механизма уравновешивания 11; гидрооборудования 1.

Срезания стеблей растения осуществляется с помощью ножей, шарнирно установленных на роботах вращающихся на встречу друг к другу. Ножи срезают траву, подхватывают ее и выносят из зоны резания, перемещая над режущим брусом.

Скошенная трава, ударяясь о щиток полевого делителя, меняет траекторию движения, укладывается в покое и освобождает место для прохождения колес трактора при последующем проходе. Привод косилки осуществляет ЭВМ трактора.

Ротационный режущий аппарат.

Ротационный режущий аппарат предназначен для скашивания травы. Он состоит из бруса 12, в котором установлены шестерни 8. Под днищем бруса установлены башмаки 7, которыми режущий аппарат опирается на землю.

На режущем аппарате имеются 4 ротора, каждый из которых снабжен тремя ножами 9,шарнирно установленными на специальных болтах 17, ротор 1 установлен на валу 4на шлицевом соединении, затянут гайкой 11 законтрен шайбой.

 

Клиноременная передача

 

Клиноременная передача косилки состоит из ведущего шкива, клиновых ремней и ведомого шкива. Передача защищена кожухом.

На валу 1 в корпусе шкива 6 смонтирована обгонная муфта 15, предназначенная для обеспечения холостого хода роторов и механизмов передач в момент отключения вала отбора мощности трактора. Ведущий шкив 6 установлен на подшипниках 18, в корпусе 17, шарнирно подвешенном к подрамнику на оси 3. Соосность канавок ведущего и ведомого шкивов обеспечивается смещением корпуса 17 за счет перестановки регулировочных шайб.

Натяжение клиновых ремней осуществляется с помощью натяжного устройства, состоящего из натяжника 10, шарнирно связанного с корпусом шкива, пружины 8, чашечной шайбы и гаек 9.

Привод к ведущему шкиву осуществляется от ВОМ трактора через карданную передачу.

Технологическая часть

 

Разработка технологических процессов входит основным разделом в технологическую подготовку производства и выполняется на основе принципов” Единой системы технологической подготовки производства”.

Разрабатываемый технологический процесс должен быть прогрессивным, обеспечивать повышение производительности труда и качества деталей, сокращения трудовых и материальных затрат на его реализацию.

Базовой исходной информацией для проектирования технологического процесса служат: рабочие чертежи деталей, технические требования, регламентирующие точность, параметр шероховатости поверхности и другие требования качества.

 

Газопорошковая наплавка

 

Газопорошковая наплавка применяется для деталей, изготовленных из

мало-, среднеуглеродистых низколегированных сталей.

Для наплавки используют порошок ПХ70Х17С4Р4. Размер зерен используемого порошка должен быть в пределах 40…100мкм. Перед применением порошок должен быть в течении 1…1,5 часа прокален при температуре 100…150°С. Поверхность, восстановленная с использованием рекомендуемого порошка, имеет твердость HRC 50…55, прочность сцепления с основным материалом 150…180 ктс/см^2.

В качестве горючих газов используют ацетилен в баллонах ГОСТ 5457-60 и кислород ГОСТ 5383-58.

Режим наплавления порошка.

Давление кислорода 35…45 кПа

Давление ацетилена 3…5 кПа

Расход кислорода 960…1100 л/г

Расход ацетилена 900…1000 л/г

Расход порошка 2,5…3 кг/г

Охрана окружающей среды

 

Проблема охраны окружающей среды возникает при ремонте сеноуборочных косилок. При этом применяются такие виды работ:

а) ручная дуговая сварка

б) станочная механическая обработка

При этих работах наблюдается повышенная запыленность, загрязненность рабочей зоны.

Воздействие пыли на человека зависит от ее характера. Пыль делится на раздражающую и токсичную. Раздражающая пыль может привести к профессиональным заболеваниям дыхательной системы человека. Токсичная пыль действует как введенный в организм яд и вызывает отравление.

Кроме вредного воздействия на организм человека, пыль повышает износ оборудования, в основном его трущихся частей. Излишняя запыленность устраняется применением вентиляционных устройств. Существует возможность использования индивидуальных средств защиты от пыли: защитные очки, респираторы.

Нормы предельно допустимых значений концентрации пыли в воздухе рабочей зоны установлены в ГОСТ 12.005-76.

При сварочных работах на 1 кг использованных электродов в атмосферу выделяется 11гр вредных веществ.

При механической обработке с использованием СОЖ на 1 кВт мощности электродвигателя выделяется 0.0063 г/час тумана эмульсола.

Вредные вещества могут привести к производственным травмам, связанных с отравлением, а также к различным профессиональным заболеваниям или отклонениям в состоянии здоровья как у работающих, так и у неработающих людей или у следующих поколений.

Основным способом защиты от вредных веществ является строгое выполнение правил техники безопасности при работе с ними. Необходимо пользоваться средствами индивидуальной защиты.

Нормы, определяющие безопасность работы с вредными веществами определены в ГОСТ 12.007-76.

 

Расчет циклонов

 

Рассчитать эффективность очистки дымовых газов циклоном ЦН-24

Газ, плотностью r=0.89 кг/м³, вязкостью m_т= 22.2 ×10^-6 Н×с/ м² и объемным расходом Q_р=1.2 м³/с содержит частицы плотностью

r_п=1930 кг/ м³, диаметром ¶_м=20 мкм и дисперсностью lgs_h=0.5.

Входная концентрация частиц G_bx=10 г/м³. Требуемая степень эффективности очистки h=0.87.

Решение:

Определяем W_опт=4.5 м/с.

По формуле находим диаметр циклона:

Выбираем из стандартного ряда D=600 мм

Вычисляем по формуле действительную скорость движения газа в циклоне

 n-число циклонов

Действительная скорость в циклоне отличается от W_опт на ~6%

Определяем коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона:

V=1×0.85×80=76 (6.8)

Гидравлическое сопротивление циклона:

DR=  Н/м² (6.9)

По формуле рассчитываем эффективность очистки в циклоне:

¶₅₀^Т=8.5 мкм,

lgs_h=0.308 (6.10)

¶₅₀=

Х=  (6.11)

По таблице для полученного Х находим Ф(х)=0.7569 апроксимацией

и h_ц=0.5[1+0.7589]=0.878

Расчетное значение h_ц оказалось выше требуемого, т.е. циклон пригоден для очистки газа с заданными параметрами.

Заключение

 

Итоги выполненной работы можно сформулировать следующим образом:

1. Проведен анализ заготовки сена. Обозначены сроки уборки трав.

2. Проведен анализ существующих конструкций ротационных косилок, зарубежных образцов.

3. Выявлены основные недостатки существующих отечественных ротационных косилок.

4. Обозначены основные пути модернизации ротационной косилки КРН-2.1

5. Проведены основные расчеты модернизированной косилки.

6. Обозначены дальнейшие пути развития.

Список литературы:

 

1.ОсобовВ.И., Васильев Г.К. Сеноуборочные машины и комплексы.-М.: Машиностроение, 1983.-304с.

2.Осьмяк В.Я., Пономаренко А.Ф. Эксплуатация кормоуборочных машин.- М.: Агропромиздат, 1990.-270с.

3. Скоростная сельскохозяйственная техника. Альбом-справочник.-М.: Россельхозиздат, 1977.-150с.

4.Горбачев И.В., Окнин Б.С., Халанский В.М. Справочник механизатора.-М.: Агропромиздат,1985.-350с.

5.Справочник технолога-машитостроителя. Под редакцией

Косиловой А.Г. и Мещерякова Р.К.-М.: Машиностроение, 1986.-720с.

6.Авдеев М.В. Технология ремонта машин и оборудования.-М.: Агропромиздат,1986.-200с.

7.Сабликов М.В., Кузьмин М.В. Курсовое и дипломное проектирование по сельскохозяйственным машинам.-М.: “ Колос”,1973.-190с.

8.Иванов М.Н., Иванов В.Н. Детали машин.Курсовое проектирование.-М.: “Высшая школа”,1975.-220с.

9.Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин.Курсовое проектирование.-М.: “Высшая школа”,1990.-400с.

10.Иосилевич Г.Б. Детали машин.-М.: Машиностроение,1988.-360с.

11.Машиностроительное черчение. Под редакцией Вяткина Г.П.-М.: Машиностроение,1977.-290с.

12.Артеменко Н.А. Экономическая эффективная использования сельскохозяйственной техники.-М.: Агропромиздат,1985.-300с.

13.Конкин Ю.А. Экономика ремонта сельскохозяйственной техники.-

М.: Агропромиздат,1990.-190с.

14.Калашин А.И. Охрана труда.-М.: Агропромиздат,1991.-400с.

Введение

 

Одним из основных видов корма в зимний период является сено, в котором содержатся все питательные вещества, необходимые для полноценного кормления животных. Для получения сена используют многолетние и однолетние бобовые и злаковые кормовые травы в чистом виде их смеси, а так же травостои природных улучшенных кормовых угодий, скошенные не позднее массового цветения бобовых и до начала цветения злаковых трав. В зависимости от ботанического состава и условий произрастания трав – сено подразделяют на следующие виды: сеяное бобовое, сеяное злаковое, сеянное бобово-злаковое, естественных сенокосов. В зависимости от содержания бобовых и злаковых растений, а также от физико-химических показателей сено по ГОСТ4808-75 подразделяют на три класса – первый, второй и трети, которые должны удовлетворить требованиям и нормам.

Для получения сена высокого качества, необходимо правильно организовать уборочные работы. Урожай трав, а также содержание в растениях протеина, клетчатки, витаминов и других веществ значительно зависят от фазы развития растений, при которой происходит уборка. Травы по мере созревания становятся менее питательными и хуже перевариваются животными. Крупный рогатый скот поедает больше и охотнее сено, приготовленное из трав, скошенных в более ранние фазы развития. Поэтому одним из основных условий получения высококачественного сена является своевременное кошение трав. Кроме того, на качество получаемого сена большое влияние оказывает продолжительность сушки трав. В результате исследований установлено, что при равномерной ускоренной сушке трав, обеспечиваемой такими операциями, как вспучивание, ворошение, потери питательных веществ могут быть снижены.

Внедрение новых технологических приемов заготовки сена сельскохозяйственное производство должно основываться на создании высокопроизводительных машин, максимально приближающих процессы кормопроизводства к промышленному производству.

В данном дипломном проекте мы попытались проанализировать работу ротационной косилки, выявить ее недостатки и пути их устранения. В дипломном проекте были проанализированы такие вопросы, связанные с особенностями технологического процесса среза, как качество среза, высота среза, конструкция режущих элементов.

На основании анализа были выдвинуты основные пути модернизации косилки.

Результаты проведенной работы изложены в данном проекте.

Обоснование путей модернизации для ротационной косилки

1.1 Характеристика природных и хозяйственных условий ф\х «Веенка»

 

Ф\х «Веенка» расположено в Центральном районе нечерноземной полосы Российской Федерации, в преимуществе своем располагается на Среднерусской возвышенности и в силу этого имеют холмистую поверхность, расчлененную оврагами и балками.

Характер рельефа сельскохозяйственных площадей вполне типичен области в целом.

Территория сельскохозяйственных земель находится в полосе раздела почвенных характеристик, поэтому встречаются как дерново-подзолистые, так и суглинистые. Разнообразие почвенного состава земель обуславливает и пеструю картину по содержанию питательного состава ее и закисленности. Нейтральных и близко к нейтральным (рН5,6 и более) почв в хозяйстве около 15%, слабо кислотных и средне кислых 22%, остальное количество почв (свыше 60%) сильно кислых и нуждаются в проведении мероприятий по системному известкованию их.

Климат на территории ф\х «Веенка», как и во всем центральном районе нечерноземной полосы РФ, умеренно континентальный. Средне годовая температура воздуха в зоне расположения сельскохозяйственных угодий колеблется от +3,6 С до +4,7 С. Средняя температура января от –9 С до –10 С, а июля от +16 С до +19 С. Первые заморозки наблюдаются, как правило, в конце сентября. Зимой преобладает пасмурная погода с умеренными морозами. Устойчивый снеговой покров образуется обычно в конце ноября и разрушается в начале апреля.

Осадков выпадает за год в среднем 600-650 миллиметров. Из общего количества осадков две трети приходится на апрель-октябрь месяц, однако неравномерность их выпадения в течении вегетационного периода и общей их недостаток в июне-июле месяце вызывают целесообразную необходимость в организации искусственного орошения. По данным агроклиматического справочника по Калужской области, весна в Центральной области длится 40-50 дней. В летнее время преобладают малооблачные дни и дни с переменной облачностью. Число пасмурных дней в этот период невелико - всего 7-10 в месяц. В целом климатические условия благоприятствуют успешному ведению сельскохозяйственного производства и в частности, земледелия.

Ф\х «Веенка» имеет молочно-мясную направленность, животноводство составляет 84,4% от всей хозяйственной деятельности. Основным источником кормов являются полевые и кормовые севообороты. На пастбищах преобладают травы характерные для данной зоны: клевер розовый, клевер красный, овсяница луговая, тимофеевка, мышиный горошек, мятлик луговой. На выгонах из трав преобладают мятлик луговой, полевица, тысячелистник, клевер ползучий, душистый полосок, подорожник.

Сенокосы в хозяйстве составляют 144 га, из них улучшенных 129 га. На улучшенных сенокосах, которые составляют 129 га, в основном выращивают люцерну, что позволяет снимать по 1-2 укоса за сезон.