1.3 Анализ конструкции модернизируемого культиватора лесного бороздного модель клб-1,7

Культиватор лесной бороздной модель КЛБ-1,7, предназначенный для прокладки минерализованной полосы с одновременным формированием противопожарной полосы и борьбы с сорной растительностью.

Модернизации подвергается рабочий орган, замена сферических дисков на диски ромашкового типа и установка гидропривода вала рабочего органа, а так же установка оборудования для химической отчистки полос от растительности.

Рисунок 1.14 – Культиватор лесной бороздной модель КЛБ-1,7.

Представляет собой орудие с симметрично расположенными относительно линии тяги двумя дисковыми батареями из четырех гладких сферических дисков.

Основные узлы: сварная рама, два поворотных кронштейна, две неподвижные плиты и две плиты с дисковыми батареями. В зависимости от глубины борозды при помощи поворотных кронштейнов и перестановкой болтов в отверстиях неподвижных плит можно изменять угол наклона батарей. Это делают для устранения зависания батарей и сохранения защитной зоны рядка растений. Глубину хода дисковых батарей регулируют перестановкой болтов в отверстиях плит батарей, обеспечивая изменение угла атаки дисков от 0 до 20°.

Рама представляет собой сварную конструкцию и является несущим основанием для крепления сборочных единиц культиватора.

Сферические диски предназначены для измельчения и разрушения корней сорной растительности, для обработки почвы и для разрушения корки почвы.

При наезде на препятствия дисковые батареи поворачиваются вокруг оси поворотных кронштейнов и удерживаются от опрокидывания пружиной. Усилие срабатывания пружины регулируют ее натяжением при помощи гаек.

Культиватор агрегатируется с тракторами типа МТЗ-80(82). Обслуживает тракторист. Рекомендуется для лесной и лесостепной зон.

Техническая характеристика культиватора лесного бороздного модель КЛБ-1,7

Техническая характеристика: Тип навесной

Производительность за I ч основного времени, км 3

Рабочая скорость, км/час (м/с) 2,5-3,1 (0,67-0,84)

Транспортная скорость, км/ч (м/с) 3-10 (0.81-2,7)

Диаметр дисков, мм. 510

Рабочая ширина захвата, м: 1,7

Глубина обработки, см 6 - 12

Количество обрабатываемых рядков, шт. 1

Количество дисковых батарей, шт. 2

Количество дисков в одной батарее, шт. 4

Процент уничтожения сорной растительности, не менее 80

Дорожный просвет, мм 1200

Габаритные размеры, мм: 950×1710×1510

Масса, кг: 510

Число обслуживающего персонала, чел. 1

Срок службы, лет 8

Обслуживающий персонал тракторист

Из характеристики следует, что модернизация культиватора в первую очередь связана с необходимостью снижения потери мощности на передвижения трактора и увеличения ширины обрабатываемой полосы.

Диски установленные на культиваторе в количестве 8 штук установлены параллельно друг другу в батареи по 4 штуки. Такая конструкция позволяет менять угол атаки дисков батареями.

На основании проведенного патентно-информационного исследования выявлен ряд конструктивных решений, использование которых, в значительной мере может снизить нагрузки на передвижение трактора, а так же улучшить качество и увеличить ширину полосы обрабатываемого почвенного покрова от сорной растительности

Основная задача модернизации культиватора лесного бороздного модель КЛБ-1,7, – увеличение производительности и ширины обрабатываемой полосы от сорной растительности и снижение сопротивления при передвижении агрегируемого трактора.

2 Конструкторский раздел

2.1 Расчёт дискового рабочего органа

Диаметр диска определяется по формуле:

D = ka, (2.1)

где k—коэффициент, равный 3—3,5 для плугов, 5—6 для лущильников и 4—6 для борон

а – глубина обработки, мм.

D = 120*4,16=500 мм

Радиус кривизны определяет крошащую способность рабочей поверхности и он выбирается из таблицы 2.

Таблица 2.1 – Геометрические размеры дисков

Тип машины	D, мм	R, мм	α, град	β, град
Плуги:
прицепные	610 – 810	600	40 – 45	15 – 20
навесные	580 – 710	600	40 – 45	15 – 20
Лущильники:
несимметричные	510 – 610	169	10—35	0
симметричные	450	169	10—35	0
Бороны:
полевые	450-500	109	10—22	0
садовые	560	169	15—25	0
тяжелые	560 – 660	220	10 – 20	0

Рисунок 2.1 – Сферические диски: а – сплошной; б – вырезной.

Рисунок 2.2 - Схема к определению высоты гребня

Параметр b определяется по номограмме

Рисунок 2.3 – Номограмма для определения угла атаки дискового лущильника

Высота гребня зависит от диаметра диска, расстояния между дисками и угла атаки дисков. Сначала выбирается диаметр диска, потом указывается расстояние между дисками и уже после выбора угла атаки дисков определяется высота гребня.

Высота гребня определяется по формуле:

(2.2)

мм

2.2 Проектирование гидропривода рабочего органа

С целью увеличения производительности и улучшения качества обработки почвы вместо прежних пассивных рабочих органов предлагается поставить гидропривод на валы рабочих органов.

2.2.1 Выбор гидромотора

Исходя из давления в гидросистеме трактора МТЗ-82 Р=16 МПа и требуемых крутящего момента и мощности, подбираем гидромотор.

Таблица 2.2 – Техническая характеристика насоса.

Марка насоса	Раб. объем, см	Подача, л/мин	Давление нагнетателя МПа	Частота вращ. Об/мин	Мощн. насоса, кВт	КПД
						Объемный	Полный
НШ 32	32	45	16	2200	42,8	0,94	0,85

Таблица 2.3 – Технические характеристики гидрораспределителя.

Типо размер	Макс. расход, л/мин	Номинальное давление, МПа	Максим. давление, МПа	Давление предохранительного клапана, МПа
Р75-33Р	75	14	17,5	14,5

Требуемая мощность на валу рабочего органа связанного с выбираемым гидромотором определяется по формуле:

(2.3)

где Мс – момент на валу рабочего органа, Н·м;

ω – угловая скорость рабочего органа;

(2.4)

где n – частота вращения, об/мин.

(2.5)

(2.6)

(2.7)

(2.8)

где Р - усилие при обработке почвы, кН.;

r – радиус диска, м.

(2.9)

где К – удельное сопротивление орудия, К= 2 кН/м

В – ширина захвата одной батареи, В=0,6 м.

Р = 2*0,6 = 1,2 кН

Для данного гидропривода выбираем гидромотор планетарно роторный типа ПМ.

Таблица 2.4 – Технические характеристики гидромотора.

Марка	Voм, см3	pmax/p, МПа	nном|nmax/nmin, мин-1		Q, л/мин	Мном/Мстр, Нм	N, кВт.
ПМС-200	203,4	16/12,5	150/450/9	0,91/0,83	33,445	368/257	5,78

Эффективная мощность при заданных оборотах гидромотора определяется по формуле:

(2.10)

где М_м – крутящий момент на валу, Нм.;

n_мном – частота вращения вала гидромотора, n_мном=42 при подаче Q=10,5 л/мин.

(2.11)

Выбранный гидромотор подходит как по требуемому крутящему моменту 336 Нм > 300 Нм так и по требуемой мощности 1,47 кВт > 1,33 кВт.

2.2.2 Расчёт потерь напора в системе гидропривода

Суммарные потери давления в гидросистеме гидропривода ∆Р определяются по формуле:

∆Р =∑∆Р_тр+ ∑∆Р_м+∑∆Р_г, (2.12)

где ∆Р_тр – потери давления при трении движущейся рабочей жидкости в трубопроводах, МПа;

∆Р_м – потери давления в местных сопротивлениях трубопроводов, МПа;

∆Р_г – потери давления в гидроаппаратуре, МПа.

Потери давления на трение определяются по формуле:

, (2.13)

где γ – объемный вес рабочей жидкости, Н/м³;

λ – коэффициент сопротивления трения;

D_у – внутренний диаметр трубопровода, м;

l – длина участка трубопровода без местных сопротивлений, м;

υ – скорость движения рабочей жидкости на рассматриваемом участке, м/с;

g – ускорение свободного движения, м/с².

Для определения коэффициента сопротивления трения предварительно определяется число Рейнольдса:

, (2.14)

где – коэффициент кинематической вязкости жидкости, м²/с.

При числах Рейндсольса 2300<Re>10000 режим движения является переходным, отсюда коэффициент сопротивления для стальных шероховатых труб равен:

(2.15)

где ∆ - высота выступов шероховатости, м, ∆=4×10^-5м.

МПа

Потери давления в местных сопротивлениях определяются по формуле:

(2.16)

где ζ – коэффициент местного сопротивления;

b – поправочный коэффициент, при переходном и турбулентном движениях b=1.

Для колена 45^о ζ=0,42, а для колена с закруглением на 90⁰ ζ=1,2.

Потери давления в гидроаппаратуре определяются суммой потерь в аппаратуре:

∑∆Р_г=0,3+0,15+0,4=0,85 МПа

∆Р=0,0248+0,0565+0,85=0,93 МПа

2.2.3 Определение КПД гидропривода

Полный КПД гидропривода определяется по формуле:

η = η_г η_о η_м, (2.17)

где η_г – гидравлический КПД;

η_о – объемный КПД;

η_м – механический КПД.

Гидравлический КПД гидропривода, учитывающий гидравлические потери в насосе, гидромоторе, трубопроводе и определяется по формуле:

(2.18)

где Р_н – давление, развиваемое насосом, МПа;

Р_м – давление, в гидромоторе, МПа.

Объемный КПД гидропривода, учитывающий потери жидкости в насосе, гидроцилиндре, трубопроводе и определяется по формуле:

, (2.19)

где Q_н – подача насоса, л/мин;

∆Q – общие потери жидкости, л/мин.

Общие потери жидкости в гидросистеме складываются из утечек в насосе, в цилиндре гидромотора, в золотнике:

∆Q=σ_н Р_н + σ_м Р_м + σ_з Р_з, (2.20)

где σ_н – удельная утечка жидкости в насосе,

σ_н=5 см³/мин на 0,1 МПа;

σ_м – удельная утечка жидкости в гидромоторе,

σ_м=0,15 см³/мин на 0,1 МПа;

σ_з – удельная утечка жидкости в золотнике,

σ_ц=0,15 см³/мин на 0,1 МПа;

Р_н – рабочее давление, развиваемое насосом, МПа;

Р_м – давление в гидромоторе, МПа;

Р_з – давление в золотнике, МПа.

∆Q=0,05^.14+0,0015^.13,07+0,0015^.14=0,74 л/мин.

Механический КПД гидропривода, учитывающий потери мощности на преодоление сил трения в сальниках, манжетах, цилиндрах насоса и гидромоторе и определяется по формуле:

η_м= η_мн η_мц (2.21)

где η_мн – механический КПД насоса, η_мн=0,99

η_мц – механический КПД гидромотора, η_мц,=0,91

Механический КПД гидропривода

η_м=0,99^.0,91=0,9

Полный КПД гидропривода

η =0,83^.0,95^.0,9=0,7