1 Цель работы
Изучение методики расчета рабочих органов фрезерных почвообрабатывающих машин и приобретение практических навыков поихпроектированию.
2 Содержание работы
Практическая работа выполняется студентами самостоятельно во время аудиторных занятий в кабинете, оснащенном необходимыми методическими указаниями и наглядными пособиями.
3 Исходные данные и краткие методические указания по выполнению работы
По исходным данным, приведенным в таблице 3, и в соответствии с заданным вариантом необходимо на основе анализа авторских свидетельств выбрать конструктивную схему фрезы и начертить ее кинематическую схему, выполнить расчет параметров фрезерного барабана и прочностные расчеты его вала и изогнутого ножа. По результатам расчетов вычерчиваются эскизы.
Если при выполнении работы появляется необходимость в дополнительной информации, то она отбирается студентом самостоятельно по справочной и научно-технической литературе. В отчете следует помещать обоснование принятого решения и ссылку на источник.
|
|
3.1 Анализ авторских свидетельств
Целью патентного исследования является выбор конструкции дополнительного устройства, позволяющего повысить технический уровень почвообрабатывающей фрезы. Примерами таких устройств могут служить дисковые ножи для стабилизации хода фрезы в горизонтальной плоскости (а.с. № 716529) и режущий орган для обработки почвы под редуктором фрезерного барабана по а.с. № 385545.
Копии описаний к авторским свидетельствам находятся на кафедре механизации лесной промышленности и лесного хозяйства и выдаются в начале выполнения работы индивидуально каждому студенту, При необходимости получения дополнительной информации можно воспользоваться патентным фондом Брянского ЦНТИ. По международной классификации изобретений фрезерные почвообрабатывающие машины имеют индекс AOI b33/02.
Таблица 3 – Исходные данные
Номер варианта | |||||||||||||||
Показатель | |||||||||||||||
Глубина обработки, см | |||||||||||||||
Подача на нож, см | |||||||||||||||
Скорость движения, км/ч | 1,5 | 2,5 | 2,5 | 1,5 | 1,5 | 2,5 | |||||||||
Ширина захвата, м | 0,6 | 1,2 | 0,8 | 1,5 | 0,8 | 1,5 | 1,8 | 0,8 | 1,2 | 1,5 |
Продолжение таблицы 3
Номер варианта | |||||||||||||||
Показатель | |||||||||||||||
Глубина обработки, см | |||||||||||||||
Подача на нож, см | |||||||||||||||
Скорость движения, км/ч | 2,5 | 1,5 | 2,5 | 2,5 | 1,6 | 3,5 | 2,8 | 3,2 | |||||||
Ширина захвата, м | 0,6 | 1,2 | 0,8 | 1,5 | 0,8 | 1,5 | 0,9 | 1,1 | 1,3 | 0,8 | 0,7 | 1,5 |
Информация об использованных при выполнении работы авторских свидетельствах и патентах заносится в таблицу 4.
|
|
В ходе анализа отобранной патентной документации необходимо выявить достоинства и недостатки каждого изобретения и обосновать возможность использования предложенных вних конструктивных решений для повышения технического уровня базового образца почвообрабатывающей машины.
В отчет по практической работе при выполнении данного раздела включаются краткие описания к авторским свидетельствам с эскизами и текст анализа.
3.2 Проектирование рабочих органов почвообрабатывающей фрезы
При оформлении данной части отчета следует все расчеты проводить в единицах СИ. Формулы и вычисления должны сопровождаться рисунками, выполненными в масштабе.
3.2.1 Расчет параметров фрезерного барабана и ножей
Расчетная схема приведена на рисунке 7. Вычисления производятся в следующей последовательности:
Определение радиуса фрезерного барабана R проводится с учетом величины подачи S.
, (17)
где V - поступательная скорость движения машины;
ts - время затрачиваемое на подход в поверхности поля очередного
ножа.
, (18)
где z - число односторонних (правых или левых) ножей на каждом диске
барабана; по конструктивным соображениям z = 2…4;
V0 - окружная скорость рабочих органов.
, (19)
где l - соотношение между окружной и поступательной скоростью.
Величина l определяет форму траектории движения ножа и высоту гребня на дне борозды. Чем больше l, тем сильнее траектория по форме от трохоиды приближается к окружности и тем меньше hгр - высота гребней. Рекомендуется принимать l = 8…15. Подставив формулы (18) и (19) в (17) получим
. (20)
Окончательно значение R корректируется из конструктивных соображений по условию, чтобы R» (1,25 …1,6)a.
Рисунок 7 - Схема к расчету параметров ножа
Таблица 4 – Патентная информация, отобранная для последующего анализа
Предмет поиска (название изобретения, полезной модели) | Страна выдачи, вид и № охранного документа | Классификация рубрики МКИ | Заявитель (автор), № заявки, дата приоритета | Сущность заявленного технического решения и цель его создания |
3.2.2 Выбор параметров стойки ножа
Угол d между лезвием стойки ножа и радиусом, проведенным через середину лезвия» рекомендуется с целью лучшего перерезания волокнистых включений в почве, самоочищения и уменьшения динамических нагрузок приниматьравным 30°.
Заточку стойки следует делать внутреннюю (со стороны отогнутого ножа) или в крайнем случае двустороннюю, так как внешняя заточка вызывает смятие необработанной почвы. Это приводит к дополнительным затратам энергии и быстрому износу ножа. Угол заточки рекомендуется брать в пределах 25°…30°.
Очертания лезвия стойки делают прямолинейными, конец закругляют.
Ширина стойки ножа у основания С определяется из выражения
, (21)
где DС - монтажный зазор, DС = 0,008…0,01 м;
zд = 2 z - общее количество ножей на диске;
rд - радиус окружности для крепления ножей.
, (22)
где Dr - расстояние от края диска до окружности отверстий, Dr = 0,02…0,03 м.
Толщина стойки ножа определяется исходяиз прочностного расчета.
Длина стойки ножа L равна
, (23)
где DL = 0,03…0,04 м.
3.3.3 Определение параметров крыла ножа
Угол отгиба крыла при внешней заточке
(24)
при внутренней заточке:
(25)
где g - угол между радиусом R, проходящим через наиболее удаленную
от центра фрезерного барабана точку N ножа и отрезком l, соеди-
|
|
няющим ось М переднего болта крепления ножа с точкой N;
i - угол заточки крыла, i = 15…20°;
e (e0) - задний угол резания.
В соответствии с теоремой косинусов
, (26)
где l = L - (0,015 …0,02) м.
Величина угла e изменяется от минимума в точке входа ножа в почву до максимума в самой нижней точке. Приращение угла De численно равно углу между касательными к трохоиде и окружности.
; (27)
; (28)
; (29)
. (30)
Подставив уравнения (28) и (29) в формулу (30) получим
. (31)
Из формулы видно, что чем больше l, тем меньше De. Чтобы в момент входа в почву крыло ножа внешней стороной не касалось почвы, при расчетах принимают emin = 5…10°.
. (32)
Ширина захвата крыла ножа чаще всего равна 0,045…0,080 м, есть машины с шириной захвата 0,12…0,15 мм.
3.3.4 Определение параметров, характеризующих расположение
ножей на барабане
Расстояние между дисками вв (м) равно:
вв = 2× lкр ± (0,015…0,02), (33)
где lкр - длина отогнутого крыла ножа, м.
Знак + ставится для фрез, диски которых снабжены предохранительными устройствами и поэтому между ножами сменных дисков есть зазор.
При жестком креплении ножи устанавливают с перекрытием. В формуле ставится знак -.
Диски с жестким креплением размещают так, чтобы рабочие органы по длине вала располагались со смещением 15°…30° (по спирали), симметрично, относительно продольной оси агрегата. Тогда крутящий момент имеет незначительные колебания, фреза обладает высокой устойчивостью и обеспечивает качественную обработку почвы.
При наличии предохранительных устройств порядок размещения ножей вдоль вала не играет роли, так как при срабатывании предохранителей диски поворачиваются друг относительно друга.
3.4 Расчет мощности потребной дня работы ротационной машины
При работе почвенной фрезы на ровной поверхности поля и установившемся режиме работы потребляемая мощность N (Вт) равна
, (34)
где Nр - мощность на резание почвы, Вт;
Nотб - на отбрасывание почвы, Вт;
Nпод - мощность на преодоление горизонтальной составляющей
равнодействующей сил на всех рабочих органах, находящихся в
|
|
работе, Вт;
Nпер - потери мощности на перекатывание машины, Вт;
N¢тр - потери мощности в передаточных механизмах машины, Вт.
, (35)
где В - ширина захвата фрезы,м;
a - глубина обработки,м;
kр - коэффициент удельного сопротивления резанию, Па;
kр = 0,15…0,3 МПа;
V - скорость движения агрегата, м/с.
(36)
где kот - коэффициент отбрасывание почвы ножами фрезы;
для Г -образных ножей kот = 1, для рыхлящих долот kот = 0,75.
V0 - окружная скорость, м/с;
m - масса почвы, профрезерованной за 1 сек, кг.
, (37)
где g - плотность почвы, кг/м 3.
, (38)
где Pх - горизонтальная составляющая равнодействующей всех сил на
рабочих органах, находящихся в работе.
Знак выбирается исходя из направления вращения фрезерного барабана: при совпадении с направлением вращения колес трактора знак -, в противоположном случае +.
Потери мощности в передачах машины
, (39)
где hн - к.п.д. передачи, включая карданную, центральный и боковой
редукторы.
При установке впереди машины культиваторных лап или других дополнительных устройств в уравнение (35) следует включить дополнительные составляющие.
При выполнении данной работы требуется вычисление лишь двух составляющих: Nр и Nот.
3.5 Расчет на прочность изогнутого ножа и вала фрезы
Схема к расчету ножа изображена на рисунке 8 а. Расчет начинается с определения крутящего момента на валу фрезы Мкр (Н×м)
, (40)
где w - угловая скорость вала фрезы, рад/с.
kпер = 1,5…2 - коэффициент перегрузки двигателя.
, (41)
где i - передаточное число трансмиссии;
n - число оборотов вала двигателя, об/мин.
Средняя окружная сила Р0 (Н), приходящаяся на один нож рассчитывается по формуле
, (42)
где zi - число одновременно работающих ножей.
, (43)
где z0 - общее количество ножей на валу фрезы;
q - угол контакта рабочего органа с почвой, рад.
. (44)
В пределах сектора резания нагрузка на каждый нож меняется. Максимальное значение наблюдается после начала заглубления ножа и поворота его на угол 10…12°. При этом Рmax = 2×P0..
При расчете принимаем допущение, что равнодействующая сил сопротивления почвы приложена к носку прогнутого ножа: Рi - лежит в плоскости вращения диска и отклонена от касательной к окружности на угол y = 15…20°.
. (45)
Сила Q» 0,3 Рi действует параллельно от фрезерного барабана.
Силы Рi и Q (Н) создают в опасном сечении ножа изгибающие и скручивающие моменты
; (46)
; (47)
. (48)
Рисунок 8 - Схемы к прочностному расчету деталей фрезерного барабана
а - изогнутого ножа,
б - вала.
Напряжения в сечении А-А от указанных моментов определяют по формулам
; (49)
; (50)
. (51)
Геометрические характеристики прямоугольного сечения рассчитываются по выражениям:
; (52)
; (53)
. (54)
Формула (54) справедлива для сечения в форме вытянутого прямоугольника, при .
При n ³ 1.
, (55)
где k = 0,208 при n = 1;
k = 0,246 при n = 2.
В соответствии с третьей теорией прочности приведенное напряжение
, (56)
Для изготовления ножей обычно используются стали 65Г или 70Г.
Схема к расчету вала фрезы с цепным приводом приведена на рисунке 8б. В процессе работы на вал фрезы действует суммарная сила сопротивления почвы Рсум и сила натяжения цепи Рц.
; (57)
, (58)
где dзв - диаметр звездочки на валу фрезы.
Примем, что силы Рц и Рсум параллельны, тогдаих можно заменить силами, приложенными к валу фрезы и соответствующими крутящими моментами. Сила Рсум равномерно рассосредоточена вдоль фрезы на участке LN. Величина распределенной нагрузки равна.
. (59)
Для расчета диаметра вала необходимо определить реакции в опорах L и М построить эпюры поперечных сил и изгибающих моментов, исследовать уравнения изгибающих моментов на максимум, построить эпюру крутящего момента. По полученным данным в соответствии с выбранным материалом и коэффициентом запаса прочности вычислить значения диаметров вала.
3.7 Эскизы вала фрезерного барабана и ножа фрезы
На заключительном этапе работы вычерчиваются эскизы рассчитанных деталей с простановкой необходимых размеров, допусков и шероховатости поверхности.
При разработке эскизов следует пользоваться натурным образцом фрезы ФЛУ-0,8, имеющимся в лаборатории механизации лесохозяйственных работ.
3.8 Форма и содержание отчета по практическому занятию
Отчет по практической работе составляется на листах формата А4 с обложкой установленной формы. Графическая часть выполняется на отдельных листах и подшивается к отчету.
4 Практическая работа № 4