Лесопосадочной машины

1 Цель работы

Изучение методики расчета рабочих органов лесопосадочных машин и приобретение практических навыков по их проектированию.

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 7, и в соответствии с заданным вариантом необходимо выбрать тяговое средство, опреде­лить параметры сошника, опорно-стабилизирующего колеса, уплотняю­щих колес и посадочного аппарата. По результатам расчетов вычерчи­ваются эскизы.

Если для выполнения расчетов требуются дополнительные данные, то они выбираются студентами самостоятельно по справочной, учеб­ной или научно-технической литературе. В отчете следуетпоместитьобоснования принятых значений величин и ссылки на источник инфор­мации.

3.1 Выбор тягового средства

Тяговое сопротивление лесопосадочной машины определяется по формуле

, (78)

где G_м - вес машины, Н;

f - коэффициент трения, равный 0,2...0,5 в зависи­мости от физического

состояния почвы (твердости, влажности, захламленности);

k - удельное сопротивление почвы, k = 3 ×10⁵ Па;

a - максимальная глубина хода сошника,м;

b - средняя ширина борозды, образуемой сошником при посадке, м;

n - количество сошников (рядов или секций).

Вес лесопосадочной машины, предназначенной для работына открытых площадях, можно принять равным [3,6 + 2,88 (n - 1)] кН.

Вес однорядной лесопосадочной машины, предназначенной для работы на вырубках, - 7...9 кН, двухрядной - 12...14 кН. Вес ма­шины, предназначенной для работы на террасах и склонах, - [5 + 4 (n - 1)] кН.

Максимальная глубина хода сошника равна

, (79)

где L_max - максимальная длина корней высаживаемых сеянцев, м;

DL₁ = 0,02…0,05 м - просвет между дном борозды и нижни­ми концами

корней, который необходим для предохра­нения корней от подво-

рота при колебаниях глуби­ны борозды;

DL₂ = 0,02…0,05 м - величина, на которую шейка корня сеянца опускает-

ся при посадке ниже поверхности почвы.

Среднюю ширину борозды определяют как среднее арифметическое между шириной сошника по дну борозды b₁ = 0,06…0,08 м и шириной сошника у поверхности почвы, определяемой из выражения

, (80)

где с - коэффициент пропорциональности, характеризующий степень

изменения сопротивления почвы сдвигу и смятию с увеличением

глубины (с = 1200…1500 Па);

к_см - коэффициент сопротивления почвы смятию (к_см = 50000 Па).

В зависимости от тягового сопротивления лесопосадочной ма­шины и условий ее работы подбирается тяговое средство[2], после чего определяют коэффициент использования силы тяги тракто­ра.

, (81)

где Р_кр - тяговое усилие трактора, которое рассчитывают по мощности его

двигателя и по сцепным свойст­вам ходового аппарата.

Желательно, чтобы этот коэффициент был в пределах 0,7…0,8, однако в ряде случаев он может иметь меньшие значения.

Таблица 7 – Исходные данные

Номер варианта

Показатель

Назначение машины

для открытых площадей

для склонов

для вырубок

Число сошников

Тип сошника

коробчатый

коробчатый

дисковый

Максимальная длина корней, см

диаметр корневой системы, см

шаг посадки, см

Продолжение таблицы 7

Номер варианта

Показатель

Назначение машины

для открытых площадей

для вырубок

для склонов

Число сошников

Тип сошника

коробчатый

дисковый

коробчатый

Максимальная длина корней, см

диаметр корневой системы, см

шаг посадки, см

3.2 Определение параметров коробчатого сошника

Сошники служат для образования посадочной щели. Коробчатые сошники с острым углом вхождения в почву предназначены для рабо­ты на открытых площадях. Дисковые сошники устанавливаются на машинах, производящих посадку лесных культур по микроповышениям и на переувлажненных почвах. В таких условиях они почти не разрушают микроповышение и не залипают.

Схема к определению параметров коробчатого сошника приведе­на на рисунке 11. Сошник при образовании борозды не должен нарушать расположение почвенных слоев. У коробчатого сошника с острым углом вхождения в почву это возможно в том случае, если угол наклона профильной линии его лобового контура к горизонту в лю­бой точке будет меньше угла трения почвы по металлу. Для этого профильная линия должна иметь вид кубической параболы.

, (82)

где х - расстояние от поверхности почвы до данной точ­ки кривой;

y - вылет точки кривой от начала координат;

р - коэффициент, определяемый опытным путем,

р = 0,0003...0,0005.

Максимальная высота сошника Н_max должна быть такой, чтобы разрыхленная почва не пересыпалась через верхние края коробки и не попадала внутрь сошника

, (83)

где h_x - высота предсошникового почвенного холма (h_x = 0,1...0,15 м).

Высота сошника в задней части Н у большинства машин равна H_max лесопосадочных машин для открытых площадей она может быть на 5 см меньше.

Форма поперечного сечения передней коробчатой части сошника клиновидная с углом при вершине 2q = 30°...60°. Длина линии равна

, (84)

Длина боковых щек коробки l_d должна обеспечивать полное расправление корневой системы

, (85)

где d_к - диаметр корневой системы.

Задние обрезы боковых щек делаются с наклоном верхнего края назад, чтобы вначале засыпалась нижняя часть корней. Величина вылета верхней точки обреза относительно нижней .

Черенковый нож (показан на рисунке 11 пунктирной линией) прива­ривается к сошнику. Достоинством такой конструкции является лег­кость заглубления в почву и свободное преодоление препятствий.

Рисунок 11 - Схема к расчету параметров коробчатого сошника

лесопосадочной машины

3.3 Определение параметров дискового сошника

Дисковый сошник состоит из двух сферических дисков, постав­ленных под углом 2q₀ друг к другу так, что их кромки сходятся впереди (рисунок 12).

Диаметр дисков находится из выражения

, (86)

где d - диаметр корпуса подшипников диска (d = 0,1...0,12 м);

Da - зазор между корпусом подшипников и поверхностью почвы

(Da = 0,08...1 м).

Расстояние между задними краями дисков l должно быть таким, чтобы между дисками свободно проходила корневая система сеянцев

l = d_к + (0,02...0,03). (87)

Угол между дисками 2q₀ определяется из выражения

.

3.4 Расчет ротационного посадочного аппарата

Расчетная схема приведена на рисунке 13. Скорость движения посадочного агрегата определяет­ся из соотношения

, (88)

где m - заданный шаг посадки,м;

t - время, затрачиваемое на подачу одного сеянца в захват посадочного аппарата, при одном сажаль­щике t = 2 с, при двух t = 1 с.

Радиус окружности захватов равен

, (89)

где S - отрезок траектории движения сеянца, на котором осуществляется

его заделка рыхлой почвой; S = (2...3) × d_к;

a - угол поворота зажима за время заделки сеянца,

a = (0,17...0,22) p, рад.

Количество захватов находится по формуле

, (90)

Рисунок 12 - Схема к расчету параметров дискового сошника лесопосадочной машины

Рисунок 13 - Схема к расчету посадочного аппарата

Рисунок 14 - Схема к расчету ходовых колес

Рисунок 15 - Схема к расчету прикатывающих катков

Найденная величина округляется до целого числаz¢ после чего корректируется значение радиуса захвата

, (91)

Передаточное число трансмиссии от ходового колеса или уплотняющего катка до посадочного аппарата

, (92)

где D_к - диаметр ходовых колес или катков;

h_ск = 0,9 - коэффициент, учитывающий частичное скольжение колес.

3.5 Расчет ходовых колес

Диаметр рассчитывается по формуле

, (93)

где Q - вертикальная нагрузка на одно колесо, Q = 0,5 G_м;

q - коэффициент объемного сопротивления почвы, на свежевспаханном

поле q = (2…4) × 10⁶ Па;

P₀ - сопротивление колес перекатыванию.

, (94)

где f - коэффициент сопротивления перекатыванию;

для рыхлых почв, f = 0,20...0,25.

, (95)

гдеk- допускаемая удельная нагрузка на единицу ширины обхода колеса;

на свежевспаханной почве k = 3 ×10⁴ Н/м.

Опорные колеса лесопосадочных машин обычно имеют диаметр D_к = 0,7…0,8 м. Если рассчитанное значение диаметра сильно отмечается от рекомендуемого, то его выбирают конструктивно и, подставляя в формулу (93) значенияD_k, Q, q и Р₀определяют ширину обода колеса.

Схема к расчету спиц и обода колеса приведена на рисунке 14. Форму поперечного сечения обода принимаем прямоугольной.

В опасном сечении обода, в самой нижней точке вертикального диаметра, в промежутке между смежными спицами определяется изги­бающий момент от вертикальной нагрузки

, (96)

где l₀ - длина участка между смежными спицами.

, (97)

где n₀ - число спиц,n₀ = 8…12.

Определяют момент сопротивления опасного сечения обода

, (98)

где[s] - допускаемое напряжение, материала обода, Па.

Толщина обода рассчитывается по формуле

. (99)

Диаметр спицы d_сп выбирается в пределах 10…20 мм. После чего производится проверочный расчет. Расчет ведется для случая наибольшего нагружения спицы, то есть при ее вертикальном положении (рисунок 13).

Р_сп = 0, 625 Q. (100)

Напряжение в спице от сжимающего усилия рассчитывается по формуле

, (101)

где F_сп - площадь поперечного сечения спицы;

j - коэффициент понижения допускаемого напряжения на сжатие,

учитывающий запас устойчивости.

Значение j зависит от гибкости l

, (102)

где d_сп - диаметр спицы;

l_сп - длина спицы.

, (103)

где d₀ – диаметр ступицы, d₀ = 0, 2.

Таблица значений коэффициента j для различных материалов приведены в справочниках и учебниках по сопротивлению материалов [6].

При движении агрегата по кривой или на склонах на колесо действует осевое усилие Q₀.

, (104)

где k₁ – коэффициент сцепления колеса с почвой, на рыхлых почвах k₁ = 0,3.

Величина изгибающего момента в месте заделки спицы в ступицу равен

, (105)

где m – опытный коэффициент (при D < 0,7 м, m = 0,25; при 0,7 < D £ 1 м,

m = 0, 12).

Напряжение в спице, возникавшее от действия изгибающего момента, рассчитывается по формуле

, (106)

где W_cп - момент сопротивления спицы изгибу, м³.

Суммарное напряжение в спице сопоставляется с допускаемым напряжением

. (107)

В случае если условие не выполняется, необходимо увеличить количество спиц или их диаметр и вновь провести проверочный расчет.

3.6 Расчет диаметра и ширины обода уплотняющих катков

Для того чтобы не было сгруживания почвы перед катящимся катком и ее продольного смещения, что приводит к наклону сеян­цев и обрыву корней, диаметр катка должен быть не менее 0,6 м.

Ширина обода катка должна быть такой, чтобы осуществ­лялись хороший сдвиг почвы в посадочную щель и засыпка корней. Целесообразно выбрать ширину катка в пределах b¢ = 0,08...0,17 м (рисунок 15).

В зависимости от состояния почвы достаточное уплотнение почвы вокруг сеянца достигается при нагрузке от 40 Н до 100 Н на 0,01 м ширины катка.

Катки могут иметь цилиндрический или конический обод и уста­навливаются на наклонных осях так, чтобы обод катка в зоне кон­такта с почвой был наклонен к горизонту на угол b₀ = 35°...50°.

Уплотняющие катки обычно выполняются без спиц и имеют жестко прикрепленный с одной стороны к ободу плоский диск с реб­рами жесткости в количестве 4-6 штук.

Выбрав ширину катка b¢, определяют ширину обода

, (108)

Нагрузка на каток Q (Н) рассчитывается по формуле:

. (109)

Толщину обода рассчитывают по формулам (96) - (99). В урав­нении (97) вместо количества спиц (n₀) подставляют количество ребер жесткости.

Для расчета оси уплотняющего катка необходимо найти вели­чины изгибающих моментов относительно осей X и Z, затем определить требуемую величину момента сопротивления поперечного сечения оси и ее диаметр.

3.7 Эскизы сборочных чертежей сошника, ходового колеса и

прикатывающего катка

На заключительном этапе работы вычерчиваются эскизы компоновочных чертежей, рассчитанных узлов лесопосадочной машины. Компонование лучше вести в масштабе 1:1, если это допускают га­баритные размеры проектируемого объекта. При этом легче выбрать нужные размеры и сечения деталей, составить представление о соразмерности частей конструкции, прочности и жесткости деталей и конст­рукции в целом. При необходимости можно использовать масштаб 1:2.

Техника выполнения компоновочных чертежей представляет со­бой процесс непрерывных поисков, проб, прикидок, разработки вариантов, их сопоставления и отбраковки негодных. Чертить следует со слабым, нажимом карандаша. Типовые детали и узлы целесообраз­но изобразить упрощенно. Обводку чертежа, штриховку и подрисов­ку мелких деталей проводят на окончательной стадии компонования.

Для студентов, обладающих рисовальными способностями, наилуч­ший способ компонования - вырисовывание конструкции карандашом на миллиметровой бумаге. Этот способ имеет большие преимущества по производительности, гибкости и легкости внесения поправок.

4 Форма и содержание отчета

Отчет по расчетно-графической работе выполняется на листах формата А4 с обложкой установленной формы. В отчет помещаются расчетные зависимости с расшифровкой, входящих в них переменных, и результаты расчетов. Графическая часть подшивается к отчету.

6 Практическое занятие № 6