Обґрунтування та розрахунок основних параметрів пневматичної сівалки

Зміст розрахунково-пояснювальної записки

Вступ

На початку виконання завдання необхідно обґрунтувати актуаль­ність теми курсової роботи в аспекті потреб суспільства в обсягах і якості виробництва продукції сільського господарства, зокрема рос­линництва.

Описати сучасний рівень механізації процесу висіву насіння про­сапних та овочевих культур, тенденції розвитку конструкцій пневма­тичних сівалок у нашій країні та за кордоном [3, 4, 6, 17, 18]. Навести мету та завдання курсової роботи [17].

Таблиця 1. Варіанти вихідних даних

Варіант	Культура	Кількість рядків	Тип підвіски *
	Кукурудза
	Соняшник
	Кукурудза
	Соняшник
	Соя
	Соняшник
	Кукурудза
	Соняшник
	Огірки
	Соя
	Огірки
	Рицина
	Рицина
	Огірки
	Соняшник
	Огірки
	Соняшник
	Соя
	Соя
	Рицина		2 \
	Цукровий буряк
	Цукровий буряк
	Цукровий буряк
	Цукровий буряк
	Цукровий буряк
	Цукровий буряк
	Цукровий буряк
	Цукровий буряк
	Кукурудза
	Кукурудза

* 1 – паралелограмна із задньою опорою; 2 – паралелограмна з передньою опорою; 3 – радіальна балансирна; 4 – паралелограмна балансирна.

Способи сівби просапних та овочевих культур

Описати способи сівби заданої культури та вказати умови застосу­вання того чи іншого способу. Визначити мету проведення точного висіву просапних культур (висів з точно заданим кроком пунктиру). Обрати ширину міжрядь b, м.

Огляд конструкцій просапних та овочевих сівалок і їх робочих органів

У цьому розділі необхідно навести техніко-технологічні характе­ристики просапних та овочевих сівалок вітчизняного і закордонного виробництва, указати основні робочі органи машин, їх призначення та конструктивні особливості. Проаналізувати існуючі типи механізмів приєднання посівних секцій до рами; вказати наявність та місце роз­ташування загортаючих пристроїв посівних секцій. Зробити короткий огляд висівних апаратів, що застосовуються (виділити апарати пнев­матичного типу). Надати інформацію про типи і конструктивне вико­нання приводу диска пневматичних висівних апаратів.

Дати перелік і описати конструкції спеціальних робочих органів просапних та овочевих сівалок; указати їх призначення [3-6, 15].

Механіко-технологічні передумови до розробки пневматичної сівалки

3.1. Фізико-механічні властивості насіння

Навести в табличній формі фізико-механічні властивості насіння, що висівається [7, 11, 15]. Обрати максимальні Q_maк та мінімальні Q_min норми висіву цих культур і пояснити, чим вони обумовлені [3].

3.2. Агротехнічні та експлуатаційні вимоги. Описати агротехнічні вимоги до сівалки₉ що проектується, та до її ро­бочих органів: висівних апаратів, насіннєпроводів, сошників, загор­таючих пристроїв. Навести експлуатаційні вимоги до просапних та овочевих сівалок [8, 9].

Обґрунтування та розрахунок основних параметрів пневматичної сівалки

4.1. Вихідні дані.

Призначення сівалки, кількість рядків, тип підвіски. Дані вибрати із таблиці 1 згідно варіанту.

4.2. Розрахунок висівного диска

4.2.1. Визначити кількість отворів на висівному диску. Для цього знайти шлях, який пройде сівалка за один оберт приво­дного колеса:

(1)

де R_c – статичний радіус приводного колеса, м;

ε = 0,93...0,95 – коефіцієнт ковзання колеса по ґрунту. Параметри приводного колеса вибрати відповідно до рекомен­дацій [7].

4.2.2.Кількість обертів N_k колеса сівалки при засіві одного гекта­ра:

(2)

де b – ширина міжрядь, м;

l – довжина гонів, м.

4.2.3. Мінімальна та максимальна кількість обертів висівного ди­ска N_D для умовного засівання 1 га. „Умовного" – тому, що розрахунок ведеться по ширині міжрядь, а не по ширині захвату сівалки.

N_Dmin=N_k i_min,

N_Dmax=N_k i_min, (3)

де i _min, і_тах – мінімальне та максимальне передаточне число механізма привода диска (на етапі поректування задаються і_тіп = 0,2, і_тах = 0,8).

4.2. 4. Мінімальна та максимальна кількість отворів на висівному диску:

(4)

де Q_min, Q_max – мінімальна га максимальна норми висіву насіння, шт./га.

Отримані значення z_min та z_max округлити до цілих чисел, що буде відповідати двом наборам висівних дисків.

4.2.5. Діаметр отворів на дисках визначити із співвідношення:

(5)

де b_с – середня ширина насінин, що висіваються, м.

4.2. 6. Розрахунковий крок розташування отворів на диску

(6)

де b_mах – максимальний розмір насінин, що висіваються, м.

4.2.7. Максимальна лінійна швидкість обертання висівного диска за кроком розташування на ньому отворів:

(7)

де K – число рядів комірок (на першому етапі розрахунків К= 1);

υ_Cmax – максимальна робоча швидкість сівалки, м/с;

Т _min – крок пунктиру, м;

t – розрахунковий крок розташування отворів на диску, м.

Знайдена швидкість обертання комірок диска не повинна перевищувати 0,3...0,5 м/с. Ця умова необхідна для якісного заповнення ко­мірок диска.

Якщо умова (7) не виконується, то комірки на диску необхідно розташувати у два ряди (К= 2).

4.2.8. Діаметр розташування отворів (комірок) на висівному диску:

(8)

де t – розрахунковий крок розташування отворів на диску, м; d – діаметр отворів на дисках, м.

4.3.Вибір конструкції висівного диска, ворушилки насіння та ски­дача "зайвих" насінин

Під час обґрунтування і вибору конструкцій цих робочих органів необхідно чітко знати призначення згаданих елементів [3,6]. Дати обґрунтування вибраної конструкції кожного з указаних елементів.

4.4. Обґрунтування конструкції висівного апарата та сошника посів­ної секції. На рис. 1, як приклад, наведено схему пневматичного висівного апарата з горизонтальною віссю обертання.

Рівень насіння в живильній камері висівного апарата впливає на якість захоплення насіння комірками і тому повинен бути на 2...3 розміри насінини вище вісі обертання висівного диска.

Кут сходу насіння з висівного диска α_с визначає параметри вакуум-камери апарата. Його оптимальне значення знаходиться в межах 30...40 градусів.

Взаємне розташування висівного апарата та сошника посівної сек­ції повинно відповідати ряду умов. На рис 2 наведено приклад.

 

Рис. 1. Пневматичний висівний апарат з горизонтальною віссю обертання:

1 - бункер для насіння; 2 - повітропровід; 3 - висівний диск; 4 - ворушилка насіння; 5- корпус апарата; 6 - ведуча зірочка

 

Основні розміри визначити із умов:

(9)

(10)

Де h_тах – максимальна глибина заробки насіння в грунт.

Кут занурювання сошника в грунт визначити із співвідношення:

(11)

де φ – кут ковзання ґрунту по сталі.

Рис.2. Схема взаємного розташування висівного апарата і сошника.

 

Надалі необхідно визначити ширину сошника В_сош з умови вільно­го проходу насіння та добрив між його стінками. Конструкція сошни­ка повинна забезпечувати виконання агротехнічних вимог про взаємне розташування рядка насіння та добрив у ґрунті. Під час вибору дов­жини сошника L_com можна скористатися рекомендацією: L_coш = (0,25...0,30), м.

Обріз щоки сошника повинен розташовуватися на відстані X від точки сходу насіння з висівного диска. Відстань X визначити знахо­диться з умов падіння насінини в борозенку:

(12)

де υ_Dx – горизонтальна складова максимальної лінійної швидкості обе­ртання диска за діаметром розташування висівних отворів, м/с; h – висота падіння насінини м.

Кут нахилу насіннєнаправника сошника та його положення відносно вісі обертання висівного диска вибирати з умови:

(13)

4.5. Обґрунтування конструкції та розрахунок параметрів посівної секції сівалки

Відповідно до заданого типу підвіски (тобто типу механізму при­єднання посівної секції до рами сівалки та конструкції опорно-прикочуючих органів) навести схему взаємного розташування робо­чих органів посівної секції та обґрунтувати її конструкцію. Делі, ви­ходячи з [7], підібрати необхідне прикочуюче колесо (коточок) посів­ної секції. Урахувати, що між прикочуючим коточком та корпусом посівної секції відстань повинна бути не менше

де D_OK. – діаметр опорного коточка.

Крім цього, для випадку заднього розташування коточка врахувати відстань, що необхідна для розміщення загортачів. Розробити: конс­трукцію механізму регулювання глибини ходу сошника, яка повинна бути простою, забезпечувати зручність регулювання та мати шкалу глибини ходу сошника. На рис. 3 наведено схему можливого варіанта виконання такого механізму.

Механізм працює заступник чином. Під час обертання ручки гви­нтового механізму 7 опорне колего 5 рухається відносно корпусу по­сівної секції і змінює глибину ходу сошника 2 в ґрунті. Глибину заробки насіння контролюють по шкалі 6.

Далі вибрати місце розташування та конструкцію загортачів 4, вихо­дячи з вимог якісної заробки насіння назадану глибину. Обґрунтувати конструкції спеціальних робочих орган в: грудковідводних пристроїв 2, шлейф-борінок 3, пристроїв фіксації насіння в борозенці тощо.

Виконати розрахунок об'єму висівних бункерів (банок) для насін­ня, виходячи з того, що сумарний об’ємбанок складає:

(14)

де L_g – довжина гону (близько 15000 м);

Q _max – максимальна норма висіву, в кг /га;

В – ширина захвату сівалки, м;

λ = 0,9 – коефіцієнт заповнення насіннєвих банок;

γ – об'ємна маса насіння, кг/м³,

 

Рис. 3. Посівна секція просапної сівалки "Pneumasem II" (Франція):

1 – грудковідвід; 2 – сошник; 3 – шлейфборінка; 4 – загортач; 5 – опорне колесо; 6 – шкала; 7 – гвинтовий механізм; 8 – бункер

Об'єм однієї банки

(15)

де п - кількість рядків, що засіваються.

У відповідності з об'ємом однієї банки, вибрати її розміри.

4.6. Вибір і розрахунок схеми механізми привода диска висівного апарата та механізму передач сівалки

Механізм передач сівалки повинен забезпечувати не менше 12...14 дискретних значень норми висіву насіння. Як приклад, на рис. 4 наве­дено схему приводу насіннєвисівних (а) та туковисівних (б) апаратів сівалки СУПН-8А.

а) б)

Рис. 4. Схема механізму передач сівалки СУПН-8: а) - привод насіннєвисівних апаратів; б) - привод туковисівних апаратів

4. 7. Розрахунок пневматичної системи сівалки

Робота пневматичного висівного апарата точного висіву ґрунту­ється на ефекті прилипання насіння до присмоктуючих отворів під ді­єю повітряного потоку, що проходить крізь отвори.

Під час обертання диску з отворами і проходження його крізь масу насіння в живильній камері на насінину діє зусилля присмоктування. При цьому до одного отвору може присмоктатись дві чи більше насі­нин. Щоб уникнути останнього, застосовують скидачі "зайвих" насі­нин (див. розділ 4.3).

Для захвату насіння отворами диска необхідно створити присмоктувальну силу, яка б подолала інерційні сили нерухомих насінин, що рухаються з меншою швидкістю, ніж швидкість присмоктувальних отворів, а також сили опору з боку маси насіння. Розглянемо сили, що діють на насіння в момент його присмоктування до отвору (рис. 5).

Рис. 5. Схема сил, що діють на насінину

 

На насінину діє сила тяжіння mg, сила інерції F_i та сила опору не­рухомої насінини, яку можна враховувати коефіцієнтом К₁. Умова, не­обхідна для захвату насінини та винесення її з загальної маси:

(16)

де R – результуюча сила;

F – проекція сили утримання насінини на лінію дії результуючої си­ли.

F = F_prf (17)

де F_pr – сила, що присмоктує насінину до отвору;

f – коефіцієнт тертя насінини по матеріалу диска.

Силу інерції визначити за формулою:

(18)

де m – маса насінини, кг;

ω – кутова швидкість обертання диска, рад/с.

Виходячи з формули (16) та (17) будемо мати:

(19)

Для розрахунків приймають: К₁ = 12...20 – для насіння кукурудзи; К₁ = 40...60 – для цукрового буряка (тобто для менших за розміром на­сінин приймають більші значення коефіцієнтаK₁).

З іншого боку, силу присмоктування можна обчислити із співвід­ношення:

(20)

де ∆Р – розрідження, Па;

f_отв – площа просмоктувального отвору, м², див. (5).

Враховуючи, що насінини не мають правильної геометричної фо­рми та не повністю перекривають присмоктувальні отвори, необхідно ввести коефіцієнт К₂= 0,4...0,5

Виходячи з вище заведеного, визначити необхідне розрідження у вакуумній камері висівного апарата:

(21)

Якщо в завданні вказано дві культури, що висіваються, зробити розрахунок величини ∆Р для кожної з них і в подальших розрахунках використовувати більше значення.

Визначити швидкість повітряного потоку в отворі висівного диска

(22)

де α_а= 0,7...0,75 – коефіцієнт швидкості;

µ = 0,114 кг/м³ – питома маса повітря при t = 20°С та тиску 133,3 Па;

Загальні витрати повітря крізьприсмоктувальні отвори сівалки:

(23)

де k = 0,6...0,9 – коефіцієнт присмоктування (менші значення коефіцієнтів вибирати для менших за розміром насінин і навпаки);

п = (0,8...0,9) z_max – кількістъ отворів диска, що знаходяться в зоні дії вакуумної камери;

М – кількість висівних апаратів.

Визначити площу всмоктувального патрубка пневматичного висі­вного апарата за формулою:

(24)

 

Визначити потужність N, необхідну для привода вентилятора сівалки:

(25)

де η_в – ККД вентилятора (0,4...0,5);

η_п – ККД привода (0,95...0,98);

Н – повнім напір вентилятора (у першому наближенні для розрахунків пневматичних сів шок можна прийняти Н= (2,5...3,0) ΔР).

4.8. Проектування механізму привода вентилятора Привод вентилятора можна здійснити від ВВП трактора або від гідромотора, який живиться, у звою чергу від гідросистеми трактора. У першому випадку необхідно вибрати тип механізму передачі крутного моменту від ВВП трактора на вал вентилятора тавиконати її кінема­тичний розрахунок виходячи з того що ротор вентилятора повинен обертатися з частотою 3000.. 4000 об/хв. У другому випадку необхід­но вибрати вид та типорозмір гідромотора привода вентилятора і та­кож вибрати тип передачі руху на вал вентилятора і зробити кінема­тичний розрахунок.

Розрахунок на міцність

Виходячи з потужності, що необхідна на привод вентилятора, розрахувати на міцність одну із деталей привода вентилятора (на­приклад, вала).