Министерство образования и науки Российской федерации
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«Сибирский государственный технологический университет»
(СибГТУ)
Факультет: Механический
Кафедра: Автомобили, трактора и лесные машины
«ПРОЕКТ МОДЕРНИЗАЦИИ КУЛЬТИВАТОРА ЛЕСНОГО БОРОЗДНОГО МОДЕЛЬ КЛБ-1,7»
Пояснительная записка.
(АТЛМ.271.00.00.000.160. ПЗ)
Дипломник И.А. Стрельчик
Зав. кафедрой И.В. Голубев
Руководитель Е.И. Максимов Консультанты:
Конструкторской части Е.И. Максимов Технологической части Е.И. Максимов
Безопасности проекта Ю.Т. Цай
Экологичности проекта Е.В. Бажина
Экономической части Е.В. Потехина
Нормоконтроль В.Ф. Вагнер
Реферат
В дипломном проекте приведены результаты модернизации культиватора лесного бороздного модель КЛБ-1,7, позволяющего повысить качество и объем обрабатываемых лесных посадок.
В тему дипломного проекта вложен обзор по конструкциям почвообрабатывающих орудий и методов химического удаления сорной растительности при выращивании лесных культур и одновременном созданием противопожарных минерализованных полос.
Модернизация конструкции культиватора лесного бороздного модель КЛБ-1,7 обеспечивает снижение мощности на передвижение трактора, улучшается качество обработки почвы и уменьшается расход топлива трактора.
Установлен гидропривод вращения дисков и заменены обычные сферические диски на диски ромашкового типа, а так же установлено оборудование для химической очистки полос от растительности, что позволяет представить культиватор универсальным с комбинированной обработкой почвы. Выполнены тяговые, мощностные и прочностные расчеты. Приведена техническая характеристика проектируемого культиватора. Приведены основные технико-экономические показатели проекта.
Дипломный проект содержит расчетно-пояснительную записку на 91 страницах текста, 16 таблиц, 22 рисунка, 40 литературных источников и графическую часть из 9 листов формата А1.
Содержание
Реферат 3
Введение 6
1
Аналитическое обоснование 7
1.1 Обоснование актуальности и целесообразности проектной разработки 8
1.2 Обзор известных конструкций орудий и методов по обработке
почвы и борьбы с сорными травами. 9
1.2.1 Рабочие органы для обработки почвы, удаления сорняков и корневых остатков 9
1.2.2 Дисковая борона 13
1.2.3 Комбинированный рыхлитель-сепаратор 19
1.2.4 Устройство для нанесения ядохимикатов на растения 21
1.2.5 Устройство для управляемой борьбы с сорняками 25
1.3 Анализ конструкции модернизируемого культиватора лесного
бороздного модель КЛБ-1,7 28
2 Конструкторский раздел 31
2.1 Расчёт дискового рабочего органа 31
2.2 Проектирование гидропривода рабочего органа 33
2.2.1 Выбор гидромотора 33
2.2.2 Расчёт потерь напора в системе гидропривода 35
2.2.3 Определение КПД гидропривода 37
2.3 Расчет пальца крепления КЛБ-1,7 к трактору МТЗ-82 39
2.3.1 Расчёт пальца на срез 39
2.3.2 Расчет пальца на смятие 39
2.4 Расчет вала на кручение 41
2.5 Расчет шлицевого соединения вала 42
2.6 Проверка подшипников на долговечность 44
2.7 Расчёт параметров установки химической обработки почвы 45
3. Описание и техническая характеристика модернизированного
культиватора лесного бороздного модель КЛБ-1,7. 46
4 Технико-экономические показатели проекта 48
4.1 Расчет капитальных вложений 48
4.1.1 Расчет стоимости основных и вспомогательных материалов 49
4.1.2 Расчет заработной платы 50
4.1.3 Расходы на содержание оборудования 54
4.2 Показатели производительности труда 57
4.3 Расчет текущих затрат 59
4.4 Экономическая оценка внедрения проекта 62
5 Безопасность и экологичность проекта 64
5.1 Анализ условий труда 64
5.2 Безопасность производственной деятельности 67
5.2.1 Кабина 67
5.2.2
Шум 69
5.2.3 Виброзащищенность 70
5.2.4 Обзорность 70
5.2.5 Освещение 71
5.2.6 Требования к безопасности конструкции 71
5.2.7 Требования безопасности к материалам 72
5.2.8 Требования эргономики и технической эстетики 72
5.2.9 Правила безопасной работы 73
5.2.10 Безопасность при хранении 74
5.2.11 Требования к профессиональному отбору 74
5.3 Производственная санитария и гигиена труда 75
5.4 Противопожарные мероприятия 77
5.5 Экологичность проекта 78
5.5.1 Воздействие лесных пожаров на экосистемы 79
5.5.2 Альтернативность проектных решений 80
5.5.3. Эколого-экономическая оценка 81
5.6 Разработка системы мероприятий по обеспечению безопасности труда 83
5.7 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 84
Заключение 86
Список использованных источников 87
Приложение А Патентные исследования 90
Введение
Леса как природный комплекс нашей планеты имеют огромное экономическое, климаторегулирующее, водоохранно-защитное, народно-хозяйственное значение, удовлетворяя возрастающие потребности в древесине и недревесной продукции, природных дарах леса. По лесным ресурсам Российская Федерация издавна занимает одно из ведущих мест в мире. При лесистости 45,3 % площадь, занятая лесными массивами, составляет 1178,3 млн.га.
Ведение лесного хозяйства предусматривает выполнение комплекса мероприятий, обеспечивающих своевременное восстановление леса наиболее ценными древесными породами, сокращение простоев земли на вырубках и других, не покрытых лесом площадях, проведение рубок ухода при целенаправленном формировании насаждений, осуществление мелио-ративных, лесозащитных и других мероприятий, включая обеспечение охраны леса от лесных пожаров. Выполнение этих и других мероприятий является основой повышения общей производительности и продуктивности лесов.
Ежегодно в нашей стране происходит возгорание лесных массивов, что наносит огромный ущерб природе и различным организациям.
Главное внимание должно быть сосредоточено на повышении производительности труда и качестве выполняемых работ обеспечению охраны леса и лесных посадок от пожаров. В лесной промышленности решающим фактором повышения производительности труда, снижения стоимости выполняемых работ и повышения их качества является механизация и автоматизация отдельных процессов и более эффективное использование имеющейся техники, а так же её модернизация.
Таким образом, в дипломном проекте поставлена цель – улучшить и ускорить процесс ухода за лесными посадками полосы путём модернизацией КЛБ-1,7.
В дипломном проекте проведён патентный поиск конструкции для обработки почвенного покрова и борьбы с сорняками.
Для достижения поставленной цели в проекте решены следующие задачи:
Произведена замена дисков и установка гидропривода рабочего органа, оборудования для химической очистки полос от растительности .
Проведены мощностные и прочностные расчеты.
Приведены технико-экономические показатели.
В безопасности и экологичности проекта представлено действие опасных и вредных факторов на рабочем месте.
Срок окупаемости машины составляет 0,28 года.
Очевидный экономический эффект составляет 273212 руб./год.
1
Аналитическое обоснование
1.1 Обоснование актуальности и целесообразности проектной разработки
Искусственное лесовозделывание необходимо для облесения после лесных пожаров, вырубок леса и других природных катаклизмов приводящих к уменьшению лесных угодий. Для возделывания саженцев и ухода за ними в питомниках, для создания минерализованных полос в лесосеках требуются специальные машины и аппараты.
Противопожарная защита. В виду опасности возникновения пожара на территории занятой лесными угодьями, организуются противопожарные мероприятия, которые бывают экстенсивные (увеличение ширины минерализованных полос по периметру питомника) и энтенсивные (создание систем пожаротушения).
Обработка почвы преследует цель – улучшение водного и воздушного режимов почвы, уничтожение сорной растительности, вредных насекомых, грибных заболеваний, а также выравнивание поверхности земли для равномерного высева семян, их заделки, орошения и ухода.Почву обрабатывают по системе черного, раннего и занятого пара.
Вспашка под черный пар производится осенью. Ранней весной ее боронуют, а затем культивируют лапчатым культиватором. В течение всего летне-осеннего периода почва содержится в чистом от сорняков состоянии. После дождей, если пар чистый, его только боронуют.
Под ранний пар почву пашут весной и сразу в два следа боронуют. Дальнейший уход такой же, как и за черным паром.
Под занятый пар почву пашут осенью или весной. На занятых парах рекомендуется высевать сельскохозяйственные культуры (горох, кормовые бобы), имеющие короткий вегетационный период, что дает возможность сразу же после уборки урожая приступать к обработке почвы.
Весной все вспаханные на зябь участки питомника боронуют, а затем культивируют для удержания влаги. Почва перед посевом должна быть выровнена и хорошо разрыхлена.
Основные способы обработки почвы – лущение, вспашка, культивация, шлейфование, боронование и прикатывание.
Перед основной вспашкой поля производится предварительная мелкая обработка почвы на глубину 5–12 см, которая называется лущением. Цель лущения – разрыхление верхнего пахотного слоя, что способствует уменьшению испарения влаги, хорошему проникновению атмосферных осадков и воздуха в почву, а также уничтожению сорняков. Семена сорных трав после лущения прорастают, а при основной вспашке полностью уничтожаются.
После лущения, через 15–20 дней, переходят к осенней вспашке, получившей название зяблевой. Если основная вспашка производится весной, она называется весновспашкой. Весновспашка допускается в условиях достаточного увлажнения и на не засоренных почвах. Пахота производится тогда, когда почва достигает «спелости», т.е. рассыпается на мелкие комки и при обработке «не мажется».
Зяблевая вспашка должна проводиться в ранние сроки, для северной половины европейской части России – в августе и первой половине сентября, для южных районов европейской части России– не позднее начала октября. Почвы, вышедшие из-под сеянцев и саженцев, не лущат – после осенней выкопки посадочного материала их сразу пашут на зябь, а после весенней выкопки оставляют под пар.
Основная вспашка должна проводиться плугом с предплужником, что обеспечивает сбрасывание верхнего, распыленного слоя почвы на дно борозды и выворачивание на поверхность нижнего, структурного, хорошо разрыхленного. При этом растительные остатки и семена сорняков глубоко заделываются, что задерживает их развитие.
К числу основных способов обработки почвы относится культивация. Культивация – это мелкое рыхление почвы на глубину 6–12 см без оборота обрабатываемого слоя с подрезанием корней сорняков. При проведении предпосевной обработки почву культивируют один – два раза, при уходе за паром три-четыре и в междурядьях – шесть-восемь раз. Культивация, проведенная поперек поля или по диагонали, обеспечивает хорошее его выравнивание, что очень важно при посеве семян.
Ранней весной для удержания влаги, а также после культивации во время предпосевной обработки почвы, при уходе за паром и посевами проводится боронование, цель которого – уничтожение почвенной корки, всходов сорняков, выравнивание поверхности поля. Боронование производят на глубину 3–5 см. Осеннее боронование способствует накоплению и сохранению влаги в почве, ранневесеннее проводится с целью разрушения почвенной корки. Летнее боронование также преследует цель уничтожения корки, образовавшейся после дождей.
Для выравнивания почвы и уничтожения гребней, которые образовались при вспашке, специальными волокушами и шлейфами поперек гребней производят шлейфование. Ровная поверхность обеспечивает необходимую глубину заделки семян.
Культиватор лесной бороздной модель КЛБ-1,7 может применяться как для создания минерализованной полосы так и для борьбы с сорными травами и обработки почвы в лесных питомниках.
1.2 Обзор известных конструкций орудий и методов по обработке почвы и борьбы с сорными травами.
1.2.1 Рабочие органы для обработки почвы, удаления сорняков и корневых остатков
Рабочий орган может быть использован в почвообрабатывающих орудиях, предназначенных для прополки. Установка консоли позади лемеха с отклонением назад под углом 30° - 35°, размещение передней кромки консоли под углом 7° - 12° к горизонтальной плоскости и крепление прутков перпендикулярно задней кромке консоли и с наклоном вниз на угол 30° - 35° обеспечивают вычесывание сорняков с корневой системой различной мощности.
Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к рабочим органам для обработки почвы, удаления сорняков и корневых остатков.
Известен рабочий орган для вычесывания корневищ из почвы (а.с. N 974945, А 01 В 35/26, 1982 г.), содержащий плоскорежущую лапу и направленные в сторону, противоположную движению рабочего органа, пружинные прутки. Недостаток такого рабочего органа состоит в том, что прутки извлекают из почвы только корневища сорняков, имеющих значительную длину, а сорняки находящиеся на поверхности поля и имеющие неразвитую, мелкопроникающую в почву коневую систему остаются не уничтоженными. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является рабочий орган почвообрабатывающего орудия по а.с. N 1790831, МКИ А 01 В 35/26, 1993 г., содержащий наклонную в продольно - вертикальной плоскости стойку с сопряженной с ней по радиусу лемехом, на свободном конце которого закреплены изогнутые разнонаправленные прутки.
К недостатку такого рабочего органа относится неполное удаление корневых остатков, так как вычесывающие прутки расположены не по всей ширине захвата лемеха.
Техническая задача поставленная перед изобретением состоит в повышении эффективности обработки почвы и удаления сорняков с коневой системой различной мощности.
Поставленная цель достигается тем, что стойка с сопряженным с ней по радиусу окружности лемехом имеет позади указанного лемеха консоль с вычесывающими прутками, закрепленную на стойке посредством горизонтальной и вертикальной штанг, причем консоль отклонена назад относительно направления движения на угол 30° - 35° и наклонена передней кромкой под углом 7° - 12° к горизонтальной плоскости, а прутки закреплены на консоли перпендикулярно ее задней кромке с наклоном вниз на угол 30° - 35° относительно горизонтальной плоскости.
Кроме этого, для достижения технической задачи, консоль закреплена на штангах с возможностью перемещения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, длина ее не менее ширины захвата лемеха, в передняя кромка выполнена овальной (скругленной).
Предлагаемый вариант конструкции рабочего органа для обработки почвы, удаления 30 сорняков и корневых остатков обеспечивает эффективное механическое уничтожение сорняков, их корневых остатков с дополнительным рыхлением обрабатываемой поверхности поля за счет того, что стойка с сопряженным с ней по радиусу окружности лемехом подрезают, деформируют и крошат объем почвы на мелкие фракции тем самым ослабевая связь корней и корневищ с почвой, проникающих на различную ее глубину. На подрезанные сорняки в дальнейшем воздействует овальная передняя кромка консоли, в результате чего происходит выдергивание сорных растений из раскрошнной почвы, перемещение и беспрепятственный сход стебельно-корневой мульчи с консоли, отклоненной назад относительно направления движения на угол 30° - 35°.
Не удаленные растительные и корневые остатки извлекаются из почвы вычесывающими прутками, которые дополнительно крошат и выравнивают поверхность поля.
Возможность перемещения консоли на штангах в горизонтальной и вертикальной плоскостях позволяет выполнять технологический процесс на любых почвах, с различной засоренностью и при разной глубине обработки.
1 стойка рабочего органа; 2 – лемех; 3 – консоль; 4 – вычесывающие прутки; 5 – горизонтальная штанга; 6 – вертикальная штанга; 7 – передняя кромка наклонена к горизонтальной плоскости на угол 7° - 12°; 8 – задняя кромка; 9 – хомут.
Рисунок 1.1 – Аксонометрическое изображение рабочего органа
Рабочий орган в соответствии с рисунком 1.1 содержит стойку 1 с сопряженным с ней по радиусу окружности лемех 2, позади которого расположена консоль 3 с вычесывающими прутками 4. Консоль 3 закреплена на стойке 1 посредством горизонтальной и вертикальной штанг 5 и 6, причем она отклонена назад относительно направления движения на угол 30...35°, а ее передняя кромка 7 наклонена к горизонтальной плоскости на угол 7° - 12° и выполнена овальной (скругленной). Прутки 4 установлены на консоли 3 перпендикулярно ее задней кромки 8 и наклонены вниз к горизонтальной плоскости на угол 30...35°. Для возможного технологического регулирования консоль 3 закреплена на штангах 5 и 6 с помощью хомута 9.
Рабочий орган работает следующим образом. Стойка 1 с сопряженным с ней лемехом 2 подрезают, деформируют и крошат объем почвы на мелкие фракции нарушая связь корневой системы сорняков с почвой. Затем осуществляется взаимодействие передней кромки 7 консоли 3 с подрезанными сорняками (рисунок 1.3), где за свет разницы сил трения растения о почву и овальную (скругленную) поверхность передней кромки 7 происходит их выдергивание из раскрошенной почвы. Отклонение консоли 3 назад к направлению движения на угол 30° - 35° позволяет беспрепятственно перемещаться выдернутым сорнякам по передней кромке 7, сходить с нее, образуя на поверхности поля рядок стебельно-корневой мульчи.
Не выдернутые растительные и корневые остатки сорняков извлекаются из почвы и распределяются на ее поверхности вычесывающими прутками 4, которые дополнительно крошат разрушенный объем почвы и выравнивают поверхность поля (рисунок 1.4).
В последующем под действием солнечной радиации и воздушных потоков происходит быстрое высыхание стеблей сорняков и увядание извлеченных из почвы корневых остатков.
Регулирование вертикального и горизонтального расположения консоли 3 с помощью хомута 9 позволяет вычесывать сорняки и корневые остатки как мелкие и глубокопроникающие в почву, так и со слабо либо мощноразвитой коневой системой.
Выполнение технологического процесса таким рабочим органом позволяет достичь высокого качества обработки почвы на всей ширине его захвата, удаления сорняков, находящихся на поверхности поля, и корневых остатков, проникающих на различную глубину подрезаемого слоя почвы, дополнительно крошить деформированный объем почвы и выравнивать поверхность поля. Кроме этого, необходимо отметить, что образуемые рядки из длинностебельных сорняков предохраняют почву от испарения влаги, а коротко стебельные сорняки производят мульчирование поверхности поля.
Формула изобретения
1. Рабочий орган для обработки почвы, удаления сорняков и корневых остатков, содержащий стойку с сопряженным с ней по радиусу окружности лемехом и вычесывающие прутки, отличающийся тем, что он снабжен консолью, расположенной позади лемеха и закрепленной на его стойке посредством горизонтальной и вертикальной штанг, при этом консоль отклонена назад относительно направления движения на угол 30° - 35° и наклонена передней кромкой под углом 7° - 12° к горизонтальной плоскости, а прутки закреплены на консоли перпендикулярно к ее задней кромке с наклоном вниз на угол 30° - 35° относительно горизонтальной плоскости.
2. Рабочий орган по п. 1, отличающийся тем, что консоль закреплена на штангах с возможностью перемещения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а ее длина не менее ширины захвата лемеха.
3. Рабочий орган по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что передняя кромка консоли выполнена овальной (скругленной).
1 стойка рабочего органа; 2 – лемех; 3 – консоль; 4 – вычесывающие прутки; 5 – горизонтальная штанга; 7 – передняя кромка наклонена к горизонтальной плоскости на угол 7° - 12°; 8 – задняя кромка;
Рисунок 1.2 - Схема рабочего органа
2 – лемех; 3 – консоль; 5 – горизонтальная штанга; 6 – вертикальная штанга; 9 – хомут.
Рисунок 1.3 – Схема обработки почвы
4 – вычесывающие прутки; 9 – хомут
Рисунок 1.4 – Схема рабочего органа сверху