МОДЕРНІЗАЦІЯ конструкції ЗЕРНОВОГО бункера зернозбирального комбайна КЗС - 9 ”СЛАВУТИЧ”

3. МОДЕРНІЗАЦІЯ конструкції ЗЕРНОВОГО бункера зернозбирального комбайна КЗС - 9 ”СЛАВУТИЧ”

3.1 Обґрунтування необхідності розробки та вихідні дані

За будь-якою технологією збирання типи та види втрат зерна майже однакові. Всі втрати зерна поділяються на біологічні та механічні. Біологічні втрати обумовлені природно-кліматичними факторами, а механічні виникають внаслідок дії робочих органів збиральних машин та недосконалістю виробничих умов. Найбільші втрати та пошкодження зерна при збиранні виникають за жатною частиною, за молотаркою та на транспортуючих приладах і механізмах. Механічні втрати можливо зменшити за рахунок підтримання технічного та технологічного стану зернозбиральної техніки, а також за рахунок вдосконалення основних робочих органів комбайнів. Якість отриманого зерна в багатьох випадках знаходиться на незадовільному рівні. Неякісне очищення від різних органічних домішок та пошкодження зерна сприяє підвищенню вологості та зниженню товарної якості зерна взагалі. Великій відсоток пошкоджень зерно отримує на транспортуючих органах комбайна. В деяких випадках він перевищує 10 - 17 %. З метою підвищення якості товарного зерна та продуктивності вивантажування нами пропонується встановити вивантажувальний бункер, який буде виконувати функцію вивантаження зерна, замість вивантажувальних шнеків та транспортерів на зернозбиральному комбайні КЗС - 9 „Славутич”.

3.2 Будова та робота вивантажувального зернового бункера

Для збирання зернових культур за запропонованою технологією нами пропонується нова конструкція зернового бункера зернозбирального комбайна, яка призначена для підвищення якості технологічного процесу, зменшення травмованісті зерна та спрощення конструкції вивантажувальних органів. Загальна схема пропонуємої конструкції вивантажувального зернового бункера представлена на рис. 3.1.

Рис.3.1. Схема запропонованого вивантажувального зернового бункера

Основними складовими конструкції пропонуємого пристрою є елеватор 1, пристрій для завантаження зерна в бункер 2, подаючий транспортер 3, вивантажувальний пристрій 4, який має привід з гідроциліндром 5. Пристрій для завантаження зерна обладнаний з’єднаним з виходом елеватора питаючим шнеком, який встановлений паралельно з горизонтальною віссю повороту бункера. При цьому вісь повороту зернового бункера паралельна повздовжній вісі комбайна. Привід повороту зернового бункера здійснюється за допомогою гідроциліндра. Елеватор виконан з верхнім відомим валом, а подаючий транспортер з ведучим валом, який в свою чергу з’єднаний з валом шнека. Ведучий вал з’єднаний з приводом за допомогою гнучких валів, та встановлений паралельно вісі повороту зернового бункера. Зерновий бункер має вивантажувальне вікно, в якому встановлена спеціальна труба 9 зі шківом. Зерновий бункер встановлений на комбайні в опорних підшипниках за допомогою передньої 7 та задньої 8 цапф.

Запропонований пристрій вивантажувального зернового бункера працює наступним чином. Під час руху зернозбирального комбайну хлібна маса від похилої камери потрапляє в молотильний апарат. Після обмолоту зерно потрапляє в систему очищення, а потім подається елеватором до шнека. Після чого зерно потрапляє в зерновий бункер. Для вивантаження зерна з бункера, останній повертають навколо центральної вісі за допомогою гідроциліндра. При цьому зерно через вивантажувальне вікно потрапляє в трубу, кут нахилу якої регулюється гідроциліндром. Кут нахилу вивантажувальної труби залежить від висоти транспортного засобу, в яке вивантажується зерно. Після завершення процесу вивантаження зерновий бункер повертають в початкове положення. Розташування центрального шнека з віссю повороту зернового бункера дозволяє здійснювати вивантаження зерна з бункера без зупинки молотарки комбайна.

Запропонований пристрій вивантажувального бункера дозволяє значно скоротити час технологічного процесу вивантаження, та збільшити продуктивність зернозбирального комбайна. Така запропонована конструкція бункера зернозбирального комбайна дозволяє значно зменшити енергоємність технологічного процесу, зменшити втрати та травмованість зерна при збиранні. Запропонований пристрій може бути встановлений на будь–який зернозбиральний комбайн, в залежності від конструкції комбайна з деякими зміненнями.

3.3 Технологічні та конструктивні розрахунки пропонуємого вивантажувального зернового бункера

Для визначення ваги повного зернового бункера необхідно враховувати коефіцієнт вологості зерна, який знаходиться в межах 0,43...0,62. При максимальній вологості зерна 25 %, коефіцієнт вологості буде складати 0,57. Тоді повний зерновий бункер комбайна КЗС-9 „Славутич” буде важити 1,71 т, при максимальній вологості зерна. З урахуванням цього можна обрати необхідний гідроциліндр. Найбільш розповсюдженими в сільському господарстві є гідроциліндри Ц 75, Ц 95, Ц 100, Ц 125, які використовуються на сучасних тракторах та автомобілях. Різні модифікації гідроциліндрів поділяються на односторонньої або двохсторонньої дії, в залежності від призначення. Для пропонуємого вивантажувального бункера, згідно нормативних даних обираємо один гідроциліндр Ц 125 двохсторонньої дії, який забезпечить надійну роботу вивантажувального бункера при збиранні.

Для остаточного вибіру гідроциліндра розрахуємо зусилля, яке діє на шток в процесі вивантажування. Для чого визначимо зусилля на кронштейні гідроциліндра R_L:

 , (3.1)

де  - опір на опорі, кН;

 - к.к.д. циліндра,  = 0,65;

 - загальний опір, = 46,53 кН;

 - кількість робочих органів.

Тоді після підстановки значень, отримаємо:

 кН.

Розрахуємо зусилля яке діє на шток гідроциліндра:

, (3.2)

де  - нормальна сила в точці кріплення гідроциліндра;

 - зусилля на кінці опори, кН;

 - гідроциліндр встановлений на середині довжини стояка.

Тоді зусилля яке діє на шток гідроциліндра буде дорівнювати:

кН.

Гідроциліндр встановлений в плаваючому положенні під кутом 45⁰.

Тоді зусилля буде дорівнювати

. (3.3)

Звідки:

 , (3.4)

де  - зусилля на штоці гідроциліндра.

кН.

Так як зусилля на штоці в даному випадку є основним параметром, то по ньому підпираємо гідроциліндр.

Для цієї мети можна використовувати гідроциліндр Ц 100, зусилля на штоці якого дорівнює 60 кН, при робочому тиски 10 МПа, але так як робочий тиск гідросистеми комбайна складає 11,5…12 МПа, то необхідне регулювання запобіжного клапана необхідно встановлювати на 12…12,5 МПа.

Визначимо витрату робочої рідини, яка необхідна для роботи гідроциліндра за наступним виразом, л/хв.:

 , (3.5)

де - постійна гідромашини,  = 72,0 см³;

 - об¢ємний К.К.Д. гідромашини,  = 0,94.

л/хв.

Тоді для привода в дію гідроциліндра витрата рідини буде дорівнювати:

Q_заг= 16,1 × 1 = 1,6 л/хв.

Для забезпечення необхідної подачі робочої рідини на гідроциліндр доцільно застосувати серійний насос НШ – 100 - 2, який встановлено на гідравлічній системі комбайна. Робочий тиск насоса Р_max = 14,0МПа, подача Q_н = 13,93л/хв на номінальному режимі.

Так як Q_н < Q_заг, то визначимо втрати рідини:

 , (3.6)

де  - витрата рідини, яка приходиться на одну порожнину гідроциліндра л/хв, так як в нашому випадку він двохсторонньої дії:

л/хв.

 л/хв.

Після проведення розрахунків остаточно обираємо один гідроциліндр двохстронньої дії Ц 125 і насос НШ-100-2 враховуючі при цьому лише вказану переналадку гідравлічної системи комбайна.

Розраховуємо параметри гідропроводів обраної системи.

Внутрішній діаметр гідропровода визначається за формулою:

, (3.7)

де V – робоча швидкість рідини, V=2,0 м/с.

Діаметр магістрального гідропровода:

= 0,038м = 38мм.

Приймаємо стандартне значення d₁ = 38мм.

Діаметр гідропроводів, які підводять рідину до гідродвигунів:

=0,012м=12мм.

Приймаємо d₂ = 12мм.

Визначаємо втрати в системі:

, (3.8)

де  - відповідно лінійні та місцеві втрати тиску в гідропроводах, МПа.

Враховуючи складність конструкції гідравлічної системи комбайна, приймаємо місцеві втрати 25 % від лінійних, тоді загальні втрати будуть дорівнювати:

, (3.9)

де L – довжина гідропроводу, м;

d – діаметр гідропроводу, м;

 - питома вага робочої рідини,  = 850 кг/м³.

МПа.

Виходячи з умови працездатності системи, допустимі падіння тиску:

МПа.

Приймаємо магістральні гідропроводи стальні, а гідропроводи які підводять рідину до гідроциліндра – гумові, типу високого тиску ІІ п – 12 - 140/85у ГОСТ 6286-88.

Відповідно проведених розрахунків гідроциліндра та основної магістралі, потужність процесу вивантажування буде складати:

W_p = Q∙ l ∙ B_т ∙ H ∙ V_о, (3.10)

де Q – зусилля, необхідне для під’йому зернового бункера, кН;

l - висота під’йому, м;

В_т – ширина транспортуючого пристрою, м;

Н – щільність зерна, кг/м².

W_p= Вт

3.3.1 Розрахунок на міцність передньої та задньої цапф. Основними деталями вивантажувального зернового бункера, які піддаються збільшеному навантаженню, є передня та задня цапфи, які з¢єднані з зерновим бункером і підвернені коливанням під час вивантажування. При розрахунках на міцність необхідно враховувати всі навантаження. Визначення міцності цапфи по дотичних навантаженнях:

, (3.11)

звідки визначаємо діаметр цапфи:

, (3.12)

де P – навантаження, Р = 5,7кН;

К₃ – коефіцієнт запасу, К₃ = 1,4;

 - допустима напруга на зріз, для сталі 45  =100 МПа;

m – кількість площин зрізу, m = 2.

Тоді:

м.

Визначення діаметру цапфи з міцності по напруженнях зминання:

, (3.13)

 , (3.14)

де  - товщина стінки вилки,  = 15мм;

- допустиме напруження на зминання, для сталі 45  = 250 МПа, тоді:

= 0,04588 ,

м.

Приймаємо передню та задню цапфи, так як вони приймають однакове навантаження, діаметром 46 мм. Проводимо перевірочний розрахунок працездатності кронштейна стояка. Визначаємо міцність кронштейна стояка на розтяг:

 , (3.15)

де Р – зусилля, Р = 5,7кН;

F –площа перерізу, яка піддається навантаженню:

F= a × b, (3.16)

де а – ширина кронштейна, а =15мм;

b – товщина стояка, b = 30мм.

Тоді: F = 0,015×0,030 = 0,00045м²,

 - допустима напруга на розтяг, для сталі 45 =125МПа, тоді

.

Аналізуючи розрахунок робимо висновок, що кронштейн стояка працездатен.

3.3.2 Розрахунок зварних з’єднань зернового бункера. Під час виготовлення окремих вузлів, а саме самого зернового бункера, кріплення стояка та кронштейна ви­никає необхідність застосовувати зварювання. Для приварювання стояка бункера, крон­штейнів до опорної пластини застосовуємо стикове з’єднання з розроб­кою кромок, що забезпечує надійне з’єднання деталей з товщиною до 16 мм.

Зварювання виконуємо ручною електродуговою з звичайними елект­родами. Стикові шви розраховують на міцність по номінальному перерізу з'єднуваних деталей (без врахування товщини швів) як цілі деталі.

Для розрахунку необхідно визначити катет шва. Практикою експлуатації зварних стикових з’єднань встановлено, що їх руйнування відбувається переважно в зоні технічного впливу. Тому розра­хунок на міцність таких з’єднань прийнято виконувати за розмірами перерізу деталі в цій зоні. Розрахунок стикового зварного з’єднання проводять як суцільної деталі з тією різниці, що за допустимі приймають допустимі на­пруження для зони технічного впливу [s]:

[s'] = (0,9…1,0) >[s_р], (3.17)

де [s_p] - допустимі напруження розтягу основного металу.

Таким чином розрахунок стикового з’єднання, зводимо до наступно­го.

Напруження розтягу:

s =  [s^,], (3.18)

де L - довжина шва,

h - товщина деталі.

Напруженнями згину визначаємо за згинаючим моментом:

s = = [ s^,], (3.19)

де M - згинаючий момент;

W - статичний момент;

L - довжина шва;

h - товщина деталі, тоді [ s^,] = 0,9 150 = 135 МПа. Знайдемо напругу згину:

s =  6,56 Мпа < [135].

Звідси видно, що дане зварне з’єднання задовольняє умовам міцності.