Расчет основных конструкционных элементов навесного лемешного отвального плуга

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОРНО-АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ АГРОТЕХНОЛОГИЙ И ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ

КАФЕДРА МЕХАНИЗАЦИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

РЕФЕРАТ

РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НАВЕСНОГО ЛЕМЕШНОГО ОТВАЛЬНОГО ПЛУГА



Содержание

Общие сведения

Размещение рабочих органов на раме плуга

Построение присоединительного треугольника плуга

Данные для построения подвески плуга

Силы, действующие на плуг

Условия равновесия плуга

Анализ сил, действующих на полевую доску

Список источников литературы



Общие сведения

Исходные данные

а=27 см. f=0.3n=5 = -4

b=40 см. g=2,0 Н/см² е=4,0 =9

=42 k=7,0 Н/см² ?=30=1,8 м/с

Плуг 5-ти корпусный, культурный, установленный на тракторе Т-150.

Размещение рабочих органов на раме плуга

Для навесных, полунавесных и прицепных плугов предусмотрена единая схема размещения рабочих органов.

В горизонтальной плоскости проекции на расстоянии b друг от друга проведите n+1линий, параллельных дну борозды (горизонтальных). Эти линии изображают проекции стенок борозд. Наметьте в точке О носок последнего корпуса плуга и относительно него постройте горизонтальную проекцию рабочей поверхности корпуса, пользуясь данными табл.2.1. Откладывайте от носка последнего корпуса последовательно расстояние l и нанесите одну за другой со смещением на ширину захвата b в сторону с некоторым перекрытием b, равным 25...75 мм, горизонтальные проекции рабочих поверхностей остальных корпусов.

Расстояние l между корпусами (по ходу плуга), от которого зависит металлоемкость и приспосабливаемость плуга к рельефу поля, принимают из условий незабиваемости почвой и растительными остатками, учитывая также возможность установки предплужников и дисковых ножей перед каждым корпусом плуга.

Грядили рамы в плане показывают прямыми, проходящими параллельно полевым обрезам корпусов на расстоянии 20...75 мм от них.

Длина их определяется их условия возможности установки на них рабочих органов: корпуса, предплужника и дискового ножа. Для определения этого расстояния воспользуемся вспомогательной схемой.

Расстояние между носками предплужника и основного корпуса в современных плугах составляет 350 мм. При таком расстоянии пласт, поднимаемый основным корпусом, не задевает за стойку предплужника, свободно проходя через пространство между рабочей поверхностью корпуса и тыльной поверхностью предплужника. Заделка верхнего слоя почвы получается более глубокой и полной.

Впереди каждого предплужника на раме плуга предусматривается место для установки дискового ножа. Ось вращения дискового ножа устанавливается над носком лемеха предплужника. Диаметр диска в современных плугах общего назначения принимают равным Dд=450 мм. Принимая крепление дискового ножа к раме , находим, что расстояние от оси стойки дискового ножа до носка лемеха основного корпуса составляет 730 мм. Из него и исходим при определении длины грядиля. Отложив его от носка третьего корпуса, определяем место крепления четвертого отъемного грядиля.

Поперечная часть отъемного грядиля может быть направлена параллельно линии, соединяющей носки лемехов основных корпусов. Тогда на четвертом грядиле останется такое же место для размещения предплужника и дискового ножа, как и на других.

Грядиль предпоследнего корпуса выполняет роль продольного бруса и вместе с поперечным брусом и брусом жесткости, расположенным над основными корпусами, образует жесткую треугольную раму плуга. Осевая линия поперечного бруса располагается за носком корпуса на расстоянии 100...200 мм . Четырех - восьмикорпусные плуги для работы на тяжелых почвах переоборудуются в 5 - корпусные, для чего предусматривается снятие последнего корпуса вместе с грядилем.

Для регулирования глубины пахоты навесные плуги снабжают опорными колесами. При числе корпусов до пяти плуг снабжают одним опорным колесом, свыше пяти - двумя. Его диаметр Dk=500 мм, ширина обода bk=120...180 мм. Его положение на раме влияет на устойчивость хода и тяговое сопротивление плуга. Оптимальной считают такую установку, при которой ось колеса в продольной плоскости удалена от носка лемеха переднего корпуса на 1/3 расстояния между носками лемехов переднего и заднего корпусов.

Определив положение корпусов, рамы и опорного колеса плуга в плане , переходим к проекции на продольно-вертикальную плоскость. Проводим проекцию дна борозды, представляющую собой горизонтальную прямую. Определив на ней проекции носков лемехов, проводим осевую линию рамы плуга. Высота осевой линии раны над дном борозды определяется из условий незабиваемости плуга почвой и растительными остатками в работе. Ее принимают равной H=2b. Стойка корпуса на схеме может быть показана линией, соединяющейся с осевой линией рамы под прямым углом и опускающейся вниз параллельно кривой полевого обреза. Ось вращения опорного колеса в продольно-вертикальной плоскости определится путем переноса ее их горизонтальной с учетом заданной глубины обработки почвы a и диаметра колеса Dk..

Построение присоединительного треугольника плуга

В вертикальной проекции присоединительный треугольник располагается в поперечно-вертикальной плоскости, отстоящей на 350 мм от осевой линии поперечного бруса рамы. Его расположение и параметры влияют на способность плуга к заглублению.

Положение трактора относительно плуга определяется параметрами механизма навески трактора и параметрами присоединительного треугольника плуга.

Построение схемы подвески плуга в горизонтальной плоскости следует производить следующим образом. Из вертикальной проекции на горизонтальную спроектировать поперечно-вертикальную плоскость, в которой располагаются осевые линии пальцев присоединительного треугольника (линия С-С). Расположение пальцев на плуге зависит от положения правых движителей трактора относительно стенки борозды. Для предотвращения разрушения стенки борозды и , следовательно, сползания правых движителей в борозду, внешний обрез гусеницы должен находиться от стенки борозды на расстоянии S=100...150 мм, колеса мощных тракторов, таких как Т-125, Т-150, К-700, К-701, на расстоянии 200...300 мм, а колеса тракторов класса 9...14 должны перемещаться по дну борозды. Согласно этим требованиям на горизонтальной проекции следует изобразить положение движителей трактора. Пользуясь справочными данными (табл.2.2), провести линии, параллельные стенке борозды (координаты Y₁ и Y₂), на которых лежат точки присоединения нижних тяг механизма навески к трактору. В вертикальной проекции на горизонтальной прямой, проходящей через точку С, отложить от нее вперед ( в направлении движения ) отрезок l₁, взяв его значение из табл.2.2 и определив таким образом положение точки D. Точку D спроектировать на горизонтальную плоскость (на параллельные прямые, координаты которых Y₁ и Y₂), получив таким образом точки D₁ и D₂ присоединения нижних тяг механизма навески к трактору. Из точек D₁ и D₂ радиусом, равным l₁, сделать засечки на линии С-С, получив таким образом точки присоединения нижних тяг механизма навески трактора к присоединительному треугольнику плуга.

Продолжив линии C₁D₁ и C₂D₂ до пересечения, получим расположение мгновенного центра вращения ₂ плуга в горизонтальной плоскости. Точка В присоединения верхней тяги трактора к плугу располагается посредине, на одинаковом расстоянии от точек С₁ и С₂. плуг подвеска опорный колесо

На вертикальной проекции определить положение точки Е - оси заднего колеса (звездочки) трактора, координаты которой X₁ и Z₁ известны (табл.2.2). Нанести точку А присоединения верхней тяги механизма навески к трактору, координаты которой X₂ и Z₂ (табл.2.2).

Найти положение мгновенного центра вращения в продольно-вертикальной плоскости ₁, спроектировав точку ₂ из горизонтальной проекции на продолжение линии CD в вертикальной проекции. Из мгновенного центра вращения ₁ через точку А провести прямую до пересечения с вертикальной линией, проходящей через точку С. Точка пересечения В определит место присоединения продольной тяги механизма навески трактора к подвеске плуга, а следовательно, и длину звена ВС.

Данные для построения подвески плуга

Таблица 2.2

Марка трактора	Ширина колеи трактора, Bm, мм	Ширина гусеницы трактора, С, мм	Статический радиус качения rk мм	Координаты точки крепления нижних тяг, мм	Размеры нижних тяг, мм	Координаты точки крепления верхней тяги, мм
				X1	Y1	Y2	Z1	l1	l1	X2	Z2
Т-150	1435	390	350	265	597	298	85	937	820	345	660

Силы, действующие на плуг

Устойчивость хода плуга зависит от соотношения численных значений и направлений действующих на него сил, к числу которых относятся: сила тяги, сила тяжести, сопротивление почвы рабочим органам, силы трения и т.п. Среди этих сил особое место занимает горизонтальная составляющая силы тяги, совпадающая с направлением движения. Это связано с тем, что равная ей по значению и противоположная по направлению сила тягового сопротивления плуга Rxпл, является обобщенным показателем всех сопротивлений, действующих на плуг, служит критерием его энергетической оценки, может быть замерена при линейном динамометрировании плуга или определена по расчетной формуле (аналитически) и является основой всей силовой характеристики, т. к. по ее известному значению могут быть определены все остальные показатели силовой характеристики (Ry, Rz или Rxy, Rxz, Ryz).

Среднее тяговое сопротивление может быть определено по рациональной формуле акад. В.П. Горячкина:

,

R_хпл=0,3*11340+7,0*27*40*5+4,0*27*40*5*3,24=111186 Н

где fP - часть тягового сопротивления, необходимая для протаскивания плуга в открытой борозде; kabn - часть тягового сопротивления, необходимая для разрушения (деформации) пластов; abnv² - часть тягового сопротивления, необходимая для сообщения пластам кинетической энергии.

Силу тяжести, действующую на плуг, определяют по формуле:

P = gabn,

P=2,0*27*42*5=11340 Н

где g - относительный вес плуга; a, b- размеры поперечного сечения пласта; n - число корпусов.

Значения величин, входящих в формулу, приведены в табл.2.1. Подставив их в формулу, получим среднее тяговое сопротивление плуга.

Тяговое сопротивление отдельного плужного корпуса, необходимое для рассмотрения условий равновесия плуга определять по формуле:

R_x = R_xпл/ n ,

R_x = (0,7*111186)/5=15566 Н

где - КПД плуга, равный 0,6...0,8 [5]; Rxпл - тяговое сопротивление плуга; n - число корпусов плуга.

Далее находят вертикальную составляющую силы сопротивления почвы в продольно-вертикальной плоскости:

R_z = R_x tg ,

R_z = 15566,04*0,069=1074,05 Н

где - угол наклона силы Rxz к горизонту (берется из табл.2.1).

Тогда сила сопротивления почвы в продольно-вертикальной плоскости

R_xz = 15604 Н

Сила трения полевой доски о стенку борозды Rбх зависит от боковой составляющей силы сопротивления корпуса Ry и f - коэффициента трения Rбx = fRy. Так как по опытным данным Ry=Rx/3, то

R_бx = Rxtg,

R_бx = 0,3*5201,33 = 1560,399

R_y = R_x/3 = 15604/3 = 5201,33

Опорные реакции и силу тяги предстоит определить из условий равновесия плуга в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Условия равновесия плуга

Рассмотрение условий равновесия плуга сводится к определению его опорных реакций в вертикальной и горизонтальной плоскостях. При этом его опорами считают: в вертикальной плоскости - опорные колеса, в горизонтальной - полевые доски.

Навесной плуг, присоединенный к трактору с помощью трехточечного механизма навески, имеет две степени свободы: поворот в продольно-вертикальной плоскости ХОZ (относительно горизонтальной оси вращения) и поворот в горизонтальной плоскости XOY (относительно вертикальной оси). Следовательно, условия равновесия тягового плуга целесообразно рассматривать в двух плоскостях: продольно-вертикальной и горизонтальной.

При графическом способе определения условий равновесия в принятом масштабе строят проекции конструктивной схемы плуга в продольно-вертикальной и горизонтальной плоскостях. На схему наносят векторы известных сил, после чего приступают к построению многоугольников сил ( по одному на каждую координатную плоскость ), которое сводится к геометрическому сложению векторов известных сил. Складывать силы можно в любом порядке, однако последними должны быть две силы - опорная реакция и равноденствующая всех сил сопротивления, численные значения которых неизвестны, но известны их направления. При этом многоугольник сил должен быть замкнутым, а равнодействующая всех сил должна проходить через мгновенный центр вращения плуга. Первое условие - признак равенства нулю суммы сил, а второе - суммы моментов сил.

В продольно-вертикальной плоскости на плуг действуют следующие силы: сила тяжести плуга P, реакция почвы на рабочие поверхности корпусов Rxz, сила трения полевых досок о стенки борозд Rбх, реакция почвы на опорное колесо Rk и сила тяги Fxz

Как указывалось выше, графически необходимо определить две силы: опорную реакцию Rk и равнодействующую всех сил сопротивления R'xz.

Принимая допущения, что все корпуса нагружены одинаково, нагружены одинаково, определяют равнодействующую реакции почвы на рабочие поверхности корпусов Rxz = n Rxz. Считают, что равнодействующая Rxz приложена к среднему корпусу плуга. Далее, принимая допущения, что длины полевых досок всех корпусов одинаковы, определяют равнодействующую сил трения всех полевых досок Rбx = Rбx n, считая ее приложенной к полевой доске среднего корпуса.

Направление реакции почвы на опорное колесо Rk можно определить по коэффициенту перекатывания = tg , где берут из табл.2.1.

Перечисленные силы наносят на проекцию схемы плуга в продольно-вертикальной плоскости. Силу тяжести P прикладывают в центре тяжести плуга (можно приближенно принять, что центр тяжести расположен над носком среднего корпуса плуга). Далее принимают, что реакция на опорное колесо Rk проходит через ось колеса под углом к вертикали, равнодействующая Rxz приложена к среднему корпусу на расстоянии a/2 от дна борозды под углом к горизонтали, равнодействующая Rбx - посредине полевой доски среднего корпуса.

Отдельно от схемы плуга строят многоугольник сил. В выбранном масштабе проводят вектор силы P, из его конца - вектор силы Rxz. Соединяя начало вектора P с концом вектора Rxz, получают значение и направление равнодействующей этих сил R₁.

На схеме плуга через точку 1 пересечения линий действия сил P и Rxz проводят прямую, параллельную силе R₁, до пересечения ее с направлением силы Rбx в точке 2.

На многоугольнике сил из конца вектора R₁ откладывают вектор силы Rбx. Их сложение дает равнодействующую R₂. На схеме плуга через точку 2 проводят линию, параллельную силе R₂, до пересечения ее с линией действия силы Rk в точке 3. Точка 3 - это точка приложения равнодействующей R'xz всех сил сопротивления плуга P:, Rxz, Rk и Rбx. Она уравновешивается силой тяги Fxz, которая проходит через точку 3 и мгновенный центр вращения плуга ₁. Соединив точки 3 и ₁.прямой, получим линию действия сил R'xz и Fxz.

Значение сил R'xz и Fxz определяют по многоугольнику сил. Для этого из конца вектора R₂ проводят прямую, параллельную линии действия силы Rk, а из начала вектора P - прямую, параллельную линии ₁-3. Точка их пересечения даст отрезки, которые в принятом масштабе определяют силы Rk и Fxz. Если нужно найти усилия в звеньях механизма навески трактора (S, N₁, N₂), то их получают разложением силы Fxz по направлениям АВ и СD.

Cилы Rk и R'xz зависят от некоторого угла , образуемого линией действия силы тяги и вертикалью. С увеличением угла реакция Rk возрастает. Сила тяги Fxz минимальна, когда ее вектор перпендикулярен вектору Rk. Угол зависит от линии действия Fxz, а последняя от расположения точки ₁.

Положение же этой точки зависит от расположения звеньев АВ и ВС и опорного колеса. С увеличением длины звена ВС, смещением точки А звена АВ вниз, а также с подъемом опорных колес точка приближается к машине. При этом угол уменьшается и соответственно уменьшается реакция Rk. От значения силы R'xz и угла зависят и вертикальные составляющие реакций на движители трактора. При агрегатировании плуга с колесным трактором с увеличением силы R'xz и уменьшением угла задние колеса трактора догружаются, а передние разгружаются. Такое перераспределение целесообразно при работе на влажных и рыхлых почвах, когда надо уменьшить глубину колеи опорного колеса машины и снизить буксование ведущих колес трактора.

На изменении положения точки А и точки В механизма навески по вертикали основан принцип действия так называемых механических догружателей ведущих колес. Кроме механических догружателей применяются также и гидравлические. Они способны плавно изменять давление подпора, а следовательно, и нагрузку на ведущие колеса трактора.

В горизонтальной плоскости на плуг действуют также силы реакции почвы на рабочие поверхности корпусов Rxy, реакция почвы на опорное колесо Rkx, реакция стенок борозд на полевые доски Rб и сила тяги Fxy..

Перечисленные силы наносят на проекцию схемы плуга в горизонтальной плоскости. Силу Rxy прикладывают к среднему корпусу на расстоянии 0,5b от носка и пятки лемеха под углом к направлению движения, определяемым по формуле:

= arctg (Ry/Rx), = arctg (5201,33/15566) = arctg 0,33 = 18,47

Сила Rkx представляет собой проекцию силы Rk на горизонтальную плоскость , а силы Rб- сумму реакций стенок борозд на полевые доски -и приложена к концу полевой доски среднего корпуса под углом трения к нормали.

Построение многоугольника начинают сложением сил Rxy и Rkx На схеме плуга из точки 4 пересечения сил Rxy и Rkx, параллельно их равнодействующей R₃, проводят прямую до пересечения с линией действия силы Rб в точке 5. Точку 5 соединяют с ₂, определяя таким образом линию действия силы тяги Fxy. В многоугольнике сил через начало и конец силы R₃ проводят линии, параллельные направлениям ₂-5 и Rб на схеме плуга.

Точка их пересечения определит значения сил Rб и Fxy. Разложив силу Fxy по направлениям АВ, С₁D₁ и С₂D₂, получим усилия S, N₁ и N₂ в звеньях механизма навески.

Проекция сил Fxy и Fxz на ось Х должны быть одинаковы. В противном случае следует проделать корректировку за счет силы Rбx, которая была определена ориентировочно.

Анализ сил действующих на плужной корпус и напряжений, возникающих в стойке в процессе работы

Учитывая ударный характер нагрузки, расчетное тяговое усилие на плуг (при групповом предохранителе или при его отсутствии) принимаем равным двойному среднему тяговому усилию (2R_срn), где R_ср - среднее сопротивление одного корпуса; n - число корпусов в плуге. Так как в процессе пахоты с препятствием встречается только один корпус, а остальные (n-1) корпуса находятся под нормальной средней нагрузкой R_ср, то плужной корпус, встретившийся с препятствием, имеет тяговое сопротивление:

R_РАСЧ = 2R_СРn - (n-1)=(n+1)R_СР = (5+1)21841,42

Это расчетное усилие будем считать приложенным к носку лемеха плужного корпуса, наскочившего на препятствие. При этом сила R_XYZ направлена под углом как ко дну, так и к стенке борозды, и, следовательно, может быть разложена на три взаимно перпендикулярных составляющих по осям: x (Rx), y (Ry) и z (Rz).

В этом случае среднее тяговое сопротивление R_СР, входящее в формулу (2.8), определяется по формуле (2.3). По данным проф. Г.Н. Синеокова, сила Rx=0,95R_РАСЧ, Ry=Rx/3, а сила Rz=0,2Rx.

Как видим, сила Rz может быть направлена как вниз, так и вверх. Учитывая наиболее опасный случай, будем исходить из условий, что Rz=0,2Rx, т.е. сила Rz направлена сверху вниз. Этой случай является более опасным, потому что Rz стремится увеличить заглубление корпуса и, кроме того, вызывает напряжения растяжения в стойке корпуса, которым она сопротивляется хуже, чем напряжениям сжатия (предел прочности на растяжение ниже, чем на сжатие). В противном случае (при Rz, действующей снизу вверх) сила Rz могла бы вытолкнуть плуг из почвы и создавала бы в стойке напряжения сжатия.

Cтойка корпуса в этом случае подвергается действию косого изгиба (т.е. изгиба в двух плоскостях), кручения и внецентренного растяжения. Наиболее нагруженным, а следовательно, и наиболее опасным сечением является сечение, расположенное под головкой стойки. Как известно, штампованная равнопрочная стойка семейства унифицированных плугов имеет прямоугольное поперечное сечение, площадь которого возрастает пропорционально росту изгибающего момента. Выберем начало координат так, чтоб оно совпало с центром тяжести опасного поперечного сечения, а оси координат - с главными его осями. Косой изгиб рассматривается как одновременный изгиб в двух главных плоскостях xz и yz. Тогда изгибающий момент в продольно-вертикальной плоскости

My = RxH + Rzl = 15566*2+1074*350=407032

где H=2b, а b-ширина захвата корпуса.

Изгибающий момент в поперечно-вертикальной плоскости

Mx = RyH - Rzc = 5201,33*2-1074,05*75=70151,09

Кроме изгибающих моментов, опасное сечение стойки воспринимает крутящий момент в горизонтальной плоскости, вызывающий касательные напряжения, и напряжения растяжения, вызываемое силой Rz, направленной сверху вниз.

Крутящий момент

Mкр = cRx + lRy = 75*15566 + 350*5201,33 = 2987915,5

Для реальных конструкций можно принять l=350 мм, c=75 мм.

Наибольшие нормальные напряжения будут возникать в точках 1 и 2 опасного сечения, как наиболее удаленных от нейтральных линий при изгибе относительно осей X и Y.

Так как материал стойки хуже работает на растяжение (имеет меньший предел прочности на растяжение), то наиболее опасной следует считать точку 1, так как именно в ней возникнут нормальные напряжения растяжения (в точке 2 будут действовать нормальные напряжения сжатия).

Определим напряжения в точке 1, имеющей координаты

X₁= t/2 =3,3/2=1,65, Y₁= /2=1.3/2=0.75

Нормальные напряжения от изгибающего момента в продольно-вертикальной плоскости

=407032*1,65/4=167900

где =1,3*3,3³/12=4

Нормальные напряжения от изгибающего момента в поперечно-вертикальной плоскости

=2987915*0,65/0,5=3884289

где =3,3*1,3³/12=0,5

Напряжения растяжения, вызываемые силой Rz, направленной сверху вниз

=1074/4,24=253,3

где S- площадь опасного сечения..

Суммарное нормальное напряжение в точке 1 от косого изгиба и растяжения

=3884289+167900+253,3=4052442

Касательные напряжения от кручения стойки

=2987915/4,6=649546

Где , а - коэффициент, зависящий от n=t/; при t=210 мм, =30 мм, n=7, а =2,123.

Приведенное напряжение в точке 1 по третьей теории прочности:

=0,5*10⁶

Стойка удовлетворяет условиям прочности, если _ПР<[], где []- допускаемое напряжение, Для изготовления стоек применяется термически обработанная сталь 45, для которой []-=200 мПа.

Размещено на Allbest.ru

...