Курсовая Технология первичной очистки зерна с разработкой решётной части зерноочистительной машины
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-25Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Вятская государственная сельскохозяйственная
академия
Инженерный факультет
Кафедра « Сельскохозяйственные машины»
Курсовая работа
Технология первичной очистки зерна
с разработкой решётной части
зерноочистительной машины
ВГСХА 061.00.00.000 ПЗ
Выполнил: Синцов Е.А.
Группа: ИМ-411
Проверил: Жолобов Н.В.
Киров 2006
Содержание
Введение
1 Агротехнические требования к послеуборочной
обработке семенного материала 5
2 Обоснование технологической схемы 6
3 Выбор решёт 6
4 Определение чистоты семян 10
4.1 Определение чистоты на решете Б2 10
4.2 Определение чистоты на решете Г 11
5 Кинематический расчёт решётного стана 13
6 Прочностные расчёты 17
6.1 Расчёт вала привода щёток 17
6.2 Расчет сварного соединения 20
6.3 Расчёт шатуна 21
7 Техническая характеристика 22
8 Технологические регулировки 23
Заключение 23
Литература 24
Приложение А. Таблица составных частей
к графической части и спецификация 25
Введение
По заданию преподавателя необходимо было выполнить курсовую работу по разработке машины для первичной очистки зерна. Первичную очистку проводят после предварительной очистки и она является более качественной.
В пояснительной записке приведены расчёты по определению чистоты зерна, кинематический расчёт решётного стана , подобраны решёта, выбран электродвигатель на привод стана, проведены прочностные расчёты привода щёток.
1
Агротехнические требования к послеуборочной обработке семенного материала
При очистке из общей смеси выделяются
примеси, щуплые и мелкие (недоразвитые и поврежденные) зер
на. В процессе сортирования зерно разделяют на сорта. Его
очищают и сортируют в зависимости от назначения (на семена,
продовольственное, фуражное и др.).
Требования к качеству очистки и сортирования наряду с
другими показателями указывают в нормативно-технических до
кументах-стандартах. Основой оценки зерна и учета его
массы служат нормы качества (кондиции). Различают посевные и
заготовительные виды кондиций.
Семена считаются кондиционными, если они отвечают норма
тивам трех классов:
I
класс содержит не менее 99% семян ос
новной культуры (чистоты) при всхожести не ниже 95%,
II
-
соответственно - 98 и 90 и
III
класс-97 и 85%.
Продовольственное и фуражное зерно оценивают базисными и
ограничительными кондициями. Базисная кондиция соответствует
зерну, используемому по целевому назначению без существенной
дополнительной доработки. Зерно ограничительной кондиции
может быть доведено до уровня базисной при соответствующей доработке.
Основными показателями базисных и ограничительных конди
ций служат влажность, содержание сорной и зерновой примеси,
зараженность и запах зерна.
У продовольственного и фуражного зерна пшеницы должны
быть следующие параметры (числитель - базисная, знамена
тель - ограничительная кондиции): влажность-14...17/17...
19%, сорная примесь-1/5%, зерновая примесь-2/15%, плот
ность зерна - 730...760 кг/м3, запах нормальный, заражен
ность не допускается (может быть заражено клещом). Наряду с
указанными применяют экспортные, промышленные и другие кон
диции.
Соответствие семян требуемым классности и кондициям во
многом зависит от выбора последовательности процессов послеуборочной обработки зерна, применяемых машин, их ре
гулировочных параметров и режимов работы.
Процессы послеуборочной обработки зерна. Предварительную
очистку проводят для свежеубранного влажного
(влажность
w
>1= 18...40%) и засоренного (наличие примесей 4...20%) зернового вороха. При этом снижается исходная
влажность
wv
а следовательно, облегчаются (увеличивается
сыпучесть) последующие процессы, особенно сушки, сокращаются
затраты энергии и повышается устойчивость зерна к само
согреванию и порче. В процессе очистки зерновой ворох раз
деляют на две фракции: очищенное зерно и отходы. При невы
сокой влажности зерновой массы предварительную очистку не
проводят.
При сушке зерна наряду с предотвращением его порчи облегчается выделение примесей, выравниваются свойства, по которым разделяют зерно, улучшается транспортирование. Зерно сушат как в процессе послеуборочной обработки, так и при его хранении.
Первичную очистку зерна выполняют после предварительной
очистки и сушки зернового вороха или активного вентилиро
вания, если исходная влажность
w
1
=18%, а засоренность не
больше 8%. При этом из массы выделяют крупные и легкие примеси, мелкие отходы, а зерно сортируют на основную (про
довольственное или семенное) и фуражную фракции.
Вторичную очистку проводят в основном для подготовки
семян
I
и
II
классов посевного стандарта. Массу разделяют
на семена, зерна
II
сорта, легкие, крупные и мелкие при
меси.
Сортирование семян включает разделение на фракции
по крупности (калибрование), удаление трудноотделимых
примесей и выделение семян с наиболее ценными посевными
свойствами.
Активному вентилированию подвергают свежеубранное зерно с
целью его консервирования перед очисткой, высушенное - при закладке на хранение, сохраняемое - для ликвидации его самосогревания и порчи вредителями, семена при воздушно-тепловом обогреве для повышения их физиологической активности.
2
Обоснование технологической схемы
Применяем двухъярусную схему расположения решёт, т.к. она находит широкое применение в машинах предварительной, первичной и вторичной очистки, имеющих малую и среднюю производительность. Повышение производительности и снижение габаритов достигается использованием двух параллельно работающих решетных станов, устанавливаемых один над другим. Снижение нагрузки на подсевные решета нижнего яруса в машинах предварительной и первичной очистки достигается установкой скатной доски под решетом Б2. В результате на решетах В и Г обрабатывают только проходную фракцию решета Б1.. Сход со скатной доски и решета Г объединяются.
3
Выбор решёт
Форму и размеры отверстий решет подбирают, пользуясь вариационными кривыми распределения семян зерновой смеси по ширине и толщине. Для определения возможностей разделения зерновой смеси на решётах, строят вариационные кривые распределения семян по ширине, толщине и длине.
Основные физико-механические свойства семян культурных и сорных растений представлены в таблице 1.
[ 1 ]
Таблица 1 - Физико-механические свойства семян
| Культура | Параметр | Математическое ожидание m, мм | Отклонение σ, мм |
| Рожь | Толщина | 2,41 | 0,25 |
| Ширина | 2,66 | 0,27 | |
| Длина | 7,47 | 0,71 | |
| Осот | Толщина | 0,64 | 0,1 |
| Ширина | 1,9 | 0,13 | |
| Длина | 2,77 | 0,28 | |
| Ежа сборная | Толщина | 0,9 | 0,11 |
| Ширина | 1,4 | 0,1 | |
| Длина | 6,25 | 0,67 | |
| Плевел | Толщина | 1,5 | 0,21 |
| Ширина | 1,4 | 0,1 | |
| Длина | 5,6 | 0,52 |
Размерные характеристики семян подчиняются закону нормального распределения:
где
σ
- среднеквадратическое отклонение размера
l
;
U
=(
l
-
m
)/
σ
- уклонение размера
l
от математического ожидания.
Для расчета вариационных кривых распределения семян по делительному признаку
l
пользуются безразмерной функцией
φ
(
U
),
которая определяется по выражению
[ 1 ]
(3.2)
Значения безразмерной функции
φ
(
U
), представлены в таблице 2.
Таблица 2 -
Значения безразмерной функции
φ
(
U
)
| U | 0 | 0 , 75 | 1,5 | 2,25 | 3,00 |
| φ ( U ) | 0,3989 | 0,3011 | 0,1295 | 0,0317 | 0,0044 |
Для построения вариационных кривых определяют значения минимального
lmin
и максимального
l
тах
значений размерной величины
l
семян:
lmin = m - 3
σ
;
[ 1 ]
(3.3)
lmax = m + 3
σ
.
[ 1 ]
(3.4)
На оси абсцисс графика кривой распределения семян отмечают значения величин
lmin
,
lmax
и т. Отрезки от т до
lmin
и т до
lmax
делят каждый на 4 равные части. Получаем точки уклонения от математического ожидания: 0; 0,75
σ
; 1,5
σ
; 2,25
σ
; 3,00
σ
.
Из формулы (3.2) следует что
.
[ 1 ]
Таблица 3 - Расчётные данные по распределению семян
| Культура | Парам. | | L-3σ | L-2,25 σ | L-1,5 σ | L-0,75 σ | L | L+0,75 σ | L+1,5 σ | L+2,25 σ | L+3 σ |
| рожь | Т | размер,мм | 1,66 | 1,8475 | 2,035 | 2,2225 | 2,41 | 2,5975 | 2,785 | 2,9725 | 3,16 |
| f(l) | 0,0176 | 0,168 | 0,518 | 1,2044 | 1,5956 | 1,2044 | 0,518 | 0,1268 | 0,0176 | ||
| Ш | размер,мм | 1,85 | 2,053 | 2,255 | 2,458 | 2,66 | 2,863 | 3,065 | 3,268 | 3,47 | |
| f(l) | 0,016 | 0,117 | 0,480 | 1,115 | 1,477 | 1,115 | 0,480 | 0,117 | 0,016 | ||
| Д | размер,мм | 5,34 | 5,8725 | 6,405 | 6,9375 | 7,47 | 8,0025 | 8,535 | 9,0675 | 9,6 | |
| f(l) | 0,0062 | 0,0446 | 0,1824 | 0,4241 | 0,5618 | 0,4241 | 0,1824 | 0,0446 | 0,0062 | ||
| плевел | Т | размер,мм | 0,87 | 1,03 | 1,19 | 1,34 | 1,5 | 1,66 | 1,82 | 1,97 | 2,13 |
| f(l) | 0,02 | 0,15 | 0,62 | 1,43 | 1,9 | 1,43 | 0,62 | 0,15 | 0,02 | ||
| Ш | размер,мм | 1,2 | 1,35 | 1,5 | 1,65 | 1,8 | 1,95 | 2,1 | 2,25 | 2,4 | |
| f(l) | 0,02 | 0,16 | 0,65 | 1,51 | 1,99 | 1,51 | 0,65 | 0,16 | 0,02 | ||
| Д | размер,мм | 4,04 | 4,43 | 4,82 | 5,21 | 5,6 | 5,99 | 6,38 | 6,77 | 7,16 | |
| f(l) | 0,01 | 0,06 | 0,25 | 0,58 | 0,77 | 0,58 | 0,25 | 0,06 | 0,01 | ||
| ежа сборная | Т | размер,мм | 0,57 | 0,65 | 0,74 | 0,82 | 0,9 | 0,98 | 1,07 | 1,15 | 1,23 |
| f(l) | 0,04 | 0,29 | 1,18 | 2,74 | 3,63 | 2,74 | 1,18 | 0,29 | 0,04 | ||
| Ш | размер,мм | 1,1 | 1,175 | 1,25 | 1,325 | 1,4 | 1,475 | 1,55 | 1,625 | 1,7 | |
| f(l) | 0,044 | 0,317 | 1,295 | 3,011 | 3,989 | 3,011 | 1,295 | 0,317 | 0,044 | ||
| Д | размер,мм | 4,24 | 4,743 | 5,245 | 5,748 | 6,25 | 6,753 | 7,255 | 7,758 | 8,26 | |
| f(l) | 0,007 | 0,047 | 0,193 | 0,449 | 0,595 | 0,449 | 0,193 | 0,047 | 0,007 | ||
| осот | Т | размер,мм | 0,34 | 0,42 | 0,49 | 0,57 | 0,64 | 0,72 | 0,79 | 0,87 | 0,94 |
| f(l) | 0,04 | 0,32 | 1,3 | 3,01 | 3,99 | 3,01 | 1,3 | 0,32 | 0,04 | ||
| Ш | размер,мм | 1,51 | 1,608 | 1,705 | 1,803 | 1,9 | 1,998 | 2,095 | 2,193 | 2,29 | |
| f(l) | 0,034 | 0,244 | 0,996 | 2,316 | 3,068 | 2,361 | 0,996 | 0,244 | 0,034 | ||
| Д | размер,мм | 1,93 | 2,14 | 2,35 | 2,56 | 2,77 | 2,98 | 3,19 | 3,4 | 3,61 | |
| f(l) | 0,01571 | 0,11321 | 0,4625 | 1,07536 | 1,42464 | 1,07536 | 0,4625 | 0,11321 | 0,0157 |
По данным таблицы 3 строим графики распределения семян
Рисунок 1 - График распределения семян по толщине
Рисунок 2 - График распределения семян по ширине
Рисунок 3 - График распределения семян по длине
Анализируя полученные графики, определяем, по какому делительному признаку вариационные кривые основной культуры в наименьшей степени перекрываются с вариационными кривыми примесей. Для отделения крупных примесей, применяем решето Б2 с прямоугольными отверстиями, т.к. отделение производится по толщине. Для отделения мелких примесей используем решёта В и Г с прямоугольными отверстиями.
Количество и типоразмер решёт выбираем из условия
[ 1 ]
(3.4)
где
F
р
- площадь одного решета выбранного типоразмера;
Zp -
суммарное число решёт;
F -
расчётная площадь решёт.
[ 1 ]
(3.5)
где
G
-
производительность машины, кг/ч;
qF
- удельная нагрузка на единицу площади решета, кг/(ч ·дм2).
Для первичной очистки ржи
qF
= 28 кг/(ч ·дм2) [ 1 ].
Назначаем четыре решета типоразмер №1 990 ģ 990;
Fp
= 0,98м2 [ 1 ].
4
Определение чистоты семян
4.1
Определение чистоты на решете Б2
Определяем рабочий размер отверстия решёт. Для первичной очистки рабочий размер определяется по выражению
[ 1 ]
(4.1)
где
m
- математическое ожидание основной культуры;
σ
- среднеквадратическое отклонение размера основной культуры.
Принимаем размер решёт
l
р
= 3,2мм. [ 1 ]
Таблица 4 - Расчёт результатов очистки решета Б2
| Смесь | Уклонение | Ф( U) | Количество семян в % от каждой составляющей смеси | |
| L<l р | l>l р | |||
| Рожь А = 90% | 3 ,16 | 4992 | а = 99,92 | а1 = 0,08 |
| Осот В = 3% | 25,6 | 5000 | b = 100 | b 1 = 0 |
| Ежа сборная С = 2% | 20,9 | 5000 | c = 100 | c 1 = 0 |
| Плевел D = 2% | 8,1 | 5000 | d = 100 | d 1 = 0 |
| Индифферентный сор Е = 3% | _____ | _____ | e = 60 | e 1 = 4 0 |
Уклонение размеров культуры от рабочего размера отверстия определяется по формуле
[ 1 ]
(4.2)
Значение нормального интеграла Ф(
U
), соответствующее данной величине уклонения выбирается из таблицы.
Анализируя рисунок 2 определяем число семян имеющих размеры меньше рабочего размера отверстий
Определяем чистоту пшеницы после очистки на решете Б2 по выражению
[ 1 ]
(4.3)
где
A
,
B
,
C
,
D
,
E
- содержание семян в исходном продукте, %.
4.2
Определение чистоты семян на решете Г
Для определения чистоты семян основной культуры определим процентное содержание сорных семян после очистки на решете Б2 .
Определяем рабочий размер отверстий решета Г по выражению
[ 1 ]
(4.4)
Принимаем
l
р
= 1,8мм.
[ 1 ]
Таблица 5 - Расчёт результатов очистки решета Г
| Смесь | Уклонение | Ф( U) | Количество семян в % от каждой составляющей смеси | |
| L<l р | l>l р | |||
| Рожь А = 92,6% | 2,44 | 4927 | а1 = 0,73 | а = 99, 2 7 |
| Осот В = 2,57% | -8,60 | 5000 | b 1 = 100 | b = 0 |
| Ежа сборная С = 1,71% | -8,18 | 5000 | c 1 = 100 | c = 0 |
| Плевел D = 1,71 % | -1,43 | 4273 | d 1 = 92,73 | d = 7,63 |
| Индифферентный сор Е = 1,54% | _____ | _____ | e 1 = 2 5 | e = 7 5 |
Анализируя рисунок 1 определяем число семян имеющих размеры больше рабочего размера отверстий
Определяем чистоту пшеницы после очистки на решете Г
Выход конечного продукта от исходного в процентах составляет
[ 1 ]
(4.5)
5
Кинематический расчёт решётного стана
Для универсальных решетных сепараторов, на которых разделение выполняется на решетах с круглыми и с прямоугольными отверстиями обычно выбирается режим работы, характеризуемый соотношением коэффициентов
[ 1 ]
где КН - граничное условие сдвигов материала вниз по плоскости решета;
КВ - граничное условие сдвигов материала вверх по плоскости решета;
К - показатель кинематического режима работы грохота;
К0 - граничное условие отрыва частицы от поверхности решета.
где
φ
- угол трения материала по решету;
α
- угол наклона решёт;
ε
- угол, характеризующий направленность колебаний.
Принимаем
φ
= 30
º
;
α
= 7
º
;
ε
= 0
º
.
Показатель кинематического режима работы определяется по формуле
где
n
- частота вращения кривошипа,
n
= 6,7 - 8,2 с -1;
r
- радиус кривошипа,
r
= 7,5мм.
Принимаем
n = 7
,5 с -1.
При работе грохота возникает сила сопротивления перемещению решётного стана, которая определяется по формуле
[ 1 ]
(5.5)
где
λ
- коэффициент, учитывающий усилие на перемещение зернового материала и сопротивление щёток механизма очистки решёт,
λ
≈
1,5
;
mPC
- масса решётного стана, кг;
Jx -
ускорение решётного стана.
Масса решётного стана определяется по выражению
где
Σ
m
р
- суммарная масса решёт в решётном стане.
Масса одного решета определяется
[ 1 ]
(5.7)
где
BP
,
LP
,
δ
- соответственно ширина, длина, толщина решета;
рм -
плотность
материала, из которого изготовлено решето;
μ
- коэффициент живого сечения решета.
Для проведения прочностных расчётов учитывается максимальное значение силы
Px
, которое достигается при
cos
ω
t
= 1.
Мощность, затрачиваемая на привод решетного стана определяется по формуле
[ 1 ]
(5.8)
Для очистки решёт в рамных очистителях щетки 2 устанавливаются под решетом 1 на подвижных рамках 8 (рисунок 4). На рамках с помощью эксцентриковых валов закреплены ролики 3, опирающиеся на направляющие дорожки 9. Поворачивая эксцентриковые валы, регулируют положение щеток по отношению к решету по мере износа щетины. Нормальным считается положение, при котором щетина поднимается выше уровня решета примерно на 1мм. При вращении кривошипа 5 рамка приводится в возвратно-поступательное движение посредством шатуна 6, коромысла 7 и тяги4.
Рисунок 4 - Схема рамного очистителя решёт
Расстояние между щётками определится по выражению
[ 1 ]
(5.9)
где
LP
- длина одного решета;
Δ
- размер не проштампованных полей решётного полотна,
Δ
= 25мм;
Z
Щ
- число щёток под одним решетом.
В существующих машинах
l
Щ
= 170 - 240мм. [ 1 ]
Определяем необходимое число щёток на одно решето
Принимаем число щёток
Z
Щ
= 4, тогда
Для полного ометания поверхности решета ход щётки должен быть равен
где
δ
- величина перекрытия ходов щёток,
δ
= 5мм. [ 1 ]
Исходя из геометрических параметров механизма привода щёток, величина перемещения определяется
[ 1 ]
(5.11)
где
r
щ
- радиус кривошипа механизма привода щёток;
l
1
,
l
2
- плечи коромысла.
При
l
1
=
l
2
= 240мм радиус кривошипа будет равен
Рекомендуемая средняя скорость щёток в рамных очистителях
V
Щ
= 0,20 - 0,52 м/с. [ 1 ]
Принимаем
V
Щ
= 0,32 м/с.
Определяем требуемую частоту вращения кривошипа механизма привода щёток
Мощность, затрачиваемая на привод щёток, определяется из выражения
,
(5.13)
Полная мощность необходимая на привод равна
По требуемой мощности на привод выбираем электродвигатель
4А90
LB
8УЗ:
P
= 1,1 кВт,
n
= 750 мин -1.
6
Прочностные расчёты
6.1
Расчёт вала привода щёток
В предварительном расчёте вала определяем минимальный диаметр
где
P
- мощность, передаваемая через вал, равна половине требуемой на привод щёток, кВт;
n
- частота вращения вала привода щёток, мин -1.
Принимаем диаметр вала под подшипник
d
= 20мм , а диаметр вала в месте крепления кривошипа
d
= 25мм.
Составляем расчётную схему для проверочного расчёта вала.
М, Нм
Составляем уравнение сил в вертикальной плоскости
Составляем уравнение моментов относительно точки А.
Составляем уравнение моментов относительно точки В.
Вычисляем реакции в опорах по формулам
Горизонтальная плоскость
М, Нм
Рисунок 6 - Расчётная схема для горизонтальной плоскости
Состасляем уравнение сил в горизонтальной плоскости
Составляем уравнение моментов относительно точки А.
вычисляем реакции в опорах
Наибольший полный изгибающий момент в месте крепления коромысла
где М
X
–
момент в горизонтальной плоскости; Нм
М
Y
- момент в вертикальной плоскости; Нм
Определяем напряжения изгиба по формуле
3
]
, (6.2)
где Миз
–
изгибающий момент;
d
–
диаметр вала;
W
–
момент сопротивления.
Определяем напряжения кручения по формуле
(6.3)
где Т
–
крутящий момент на валу, Нм;
Wp
–
осевой момент сопротивления;
d
–
диаметр вала.
Определение эквивалентного напряжения
3
]
(6.4
[
3
]
(6.5)
Сталь 40Х
[
3
]
S
= 1,5
–
2,5
-
коэффициент запаса прочности;
x
’
- коэффициент, учитывающий предел прочности материала
x
’’ -
коэффициент, учитывающий давление в посадке
6.2
Расчёт сварочного соединения кривошипа и вала привода щёток
Составляем расчётную схему
Рисунок 7 - Расчётная схема
Напряжения в шве от крутящего момента
[
3
]
(6.6)
где Т - крутящий момент, МН
·
м;
d -
наружный диаметр, м
Выбор допускаемого напряжения
При срезе [
τ
] = 0,5[
σ
]р , [ 3 ] для ручной сварки электродами Э38
[
3
]
где
σ
Т
- предел текучести,
σ
Т
= 240МПа для стали Ст3].
τ
<
[
τ
], условие выполняется.
6.3 Расчёт шпоночных соединений
6.3.1
Расчёт шпонки вала двигателя
Определяем минимальную рабочую длину шпонки
[
3
]
(6.7)
где Т - крутящий момент на валу двигателя, МН
·
м;
d -
диаметр вала, м;
k -
коэффициент.
Принимаем стандартную полную длину шпонки
l
= 15мм.
6.3.2 Расчёт шпонки шкива клиноремённой передачи
По формуле (6.7)
Принимаем длину шпонки
l
= 20мм.
6.3
Расчёт шатуна
Так как шатун работает на сжатие и имеет большую длину, то его проверяют на прочность с учётом устойчивости
где
φ
- коэффициент продольного изгиба. Выбирают в зависимости от гибкости стержня.
Для Ст 3
φ
= 0,17
Условие выполняется.
7 Техническая характеристика
Производительность машины 5 т/ч.
Габаритные размеры, мм 2750
Û
1350
Û
1650.
Тип решёт 1.
Количество решёт 4.
8 Технологические регулировки
Машина имеет следующие технологические регулировки
–
регулировка радиуса кривошипа привода решётного стана и щёток, регулировка положения щёток, настройка на очистку различных культур путём замены решёт.
Заключение
Частота зернового материала на выходе из машины составляет 98,6%, что удовлетворяет условиям первичной очистки. Следовательно для первичной очистки материала другие дополнительные машины не требуются.
Литература
1 Жолобов Н.В. Решётные сепараторы зерноочистительных машин - Киров: Вятская ГСХА, 2005. - 47с.
2 Кленин Н.И., Сакун В.А. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины - М.: Колос. 1994. - 751с.
3 Черемисинов В.И. Расчёт деталей машин. - Киров: РИО Вятская ГСХА, 2001.-233с.,ил.
