Технология первичной очистки зерна с разработкой решетной части зерноочистительной машины

Вятская государственная сельскохозяйственная

Академия

Инженерный факультет

Кафедра ” Сельскохозяйственные машины”

Курсовая работа

Технология первичной очистки зерна

С разработкой решетной 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 решет 6

4 Определение чистоты семян 10

4.1 Определение чистоты на решете Б2 10

4.2 Определение чистоты на решете Г 11

5 Кинематический расчет решетного стана 13

6 Прочностные расчеты 17

6.1 Расчет вала привода щеток 17

6.2 Расчет сварного соединения 20

6.3 Расчет 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 расчеты по определению чистоты зерна, кинематический расчет решетного стана, подобраны решета, выбран электродвигатель на привод стана, проведены прочностные расчеты привода щеток.

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 решет, 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 решет

Форму и размеры отверстий решет подбирают, пользуясь вариационными кривыми распределения семян зерновой смеси по ширине и толщине. Для определения возможностей разделения зерновой смеси на решетах, 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

Размерные характеристики семян подчиняются закону нормального распределения:

,[ 1 ] (3.1)

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 )

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 – Расчетные данные по распределению семян

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 решета В и Г с прямоугольными отверстиями.

Количество и типоразмер решет выбираем из условия

, [ 1 ] (3.4)

Где F р – площадь одного решета выбранного типоразмера;

Zp – суммарное число решет;

F – расчетная площадь решет.

, [ 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 решет. 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 решет l р = 3,2мм. [ 1 ]

Таблица 4 – Расчет результатов очистки решета Б2

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 – Расчет результатов очистки решета Г

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 расчет решетного 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.

,[ 1 ] (5.1)

, [ 1 ] (5.2)

, [ 1 ] (5.3)

Где φ – угол трения материала по решету;

α – угол наклона решет;

ε – угол, характеризующий направленность колебаний.

Принимаем φ = 30 º ; α = 7 º ; ε = 0 º .

,

,

.

Показатель кинематического режима работы определяется по формуле

, (5.4)

Где n – частота вращения кривошипа, n = 6,7 – 8,2 с -1 ;

R – радиус кривошипа, r = 7,5мм.

Принимаем n = 7 ,5 с -1 .

, т. е. движение материала происходит вверх и вниз без отрыва от решет.

При работе грохота возникает сила сопротивления перемещению решетного стана, которая определяется по формуле

, [ 1 ] (5.5)

Где λ – коэффициент, учитывающий усилие на перемещение зернового материала и сопротивление щеток механизма очистки решет, λ ≈ 1,5 ;

MPC – масса решетного стана, кг;

Jx – ускорение решетного стана.

Масса решетного стана определяется по выражению

, [ 1 ] (5.6)

Где Σ m р – суммарная масса решет в решетном 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 расчетов 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 решет 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 решет

Расстояние между щетками определится по выражению

, [ 1 ] (5.9)

Где LP – длина одного решета;

Δ – размер не проштампованных полей решетного полотна, Δ = 25мм;

Z Щ – число щеток под одним решетом.

В существующих машинах l Щ = 170 – 240мм. [ 1 ]

Определяем необходимое число щеток на одно решето

.

Принимаем число щеток Z Щ = 4, тогда

Для полного ометания поверхности решета ход щетки должен быть равен

[ 1 ], (5.10)

Где δ – величина перекрытия ходов щеток, δ = 5мм. [ 1 ]

.

Исходя из геометрических параметров механизма привода щеток, величина перемещения определяется

. [ 1 ] (5.11)

Где r щ – радиус кривошипа механизма привода щеток;

L 1 , l 2 – плечи коромысла.

При l 1 = l 2 = 240мм радиус кривошипа будет равен

Рекомендуемая средняя скорость щеток 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 щеток

. (5.12)

Мощность, затрачиваемая на привод щеток, определяется из выражения

[ 1 ] , (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 расчеты

6.1 Расчет вала привода щеток

В предварительном расчете вала определяем минимальный диаметр

,[ 3 ] (6.1)

Где P – мощность, передаваемая через вал, равна половине требуемой на привод щеток, кВт;

N – частота вращения вала привода щеток, мин -1 .

.

Принимаем диаметр вала под подшипник d = 20мм, а диаметр вала в месте крепления кривошипа d = 25мм.

Составляем расчетную схему для проверочного расчета вала.

Рисунок 5 – Расчетная схема

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 – Расчетная 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

[ 3 ]

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

[ 3 ] (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 ]

определяется по графику [3] в зависимости от диаметра вала;

S = 1,5 – 2,5 – коэффициент запаса прочности;

X ‘ – коэффициент, учитывающий предел прочности материала

[ 3 ]

X ” – коэффициент, учитывающий давление в посадке

– условие прочности выполняется.

6.2 Расчет сварочного соединения кривошипа и вала привода щеток

Составляем расчетную схему

Рисунок 7 – Расчетная 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

для углеродистых сталей. [ 3 ]

Где σ Т – предел текучести, σ Т = 240МПа для стали Ст3].

.

.

τ < [ τ ], условие выполняется.

6.3 Расчет шпоночных соединений

6.3.1 Расчет 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 Расчет шпонки шкива клиноременной передачи

По формуле (6.7)

Принимаем длину шпонки l = 20мм.

6.3 Расчет шатуна

Так как шатун работает на сжатие и имеет большую длину, то его проверяют на прочность с учетом устойчивости

[ 3 ], (6.8)

Где φ – коэффициент продольного изгиба. Выбирают в зависимости от гибкости стержня.

Для Ст 3 φ = 0,17

МПа.

Условие выполняется.

7 Техническая характеристика

Производительность машины 5 т/ч.

Габаритные размеры, мм 2750 Û 1350 Û 1650.

Тип решет 1.

Количество решет 4.

8 Технологические регулировки

Машина имеет следующие технологические регулировки – регулировка радиуса кривошипа привода решетного стана и щеток, регулировка положения щеток, настройка на очистку различных культур путем замены решет.

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. Решетные 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. Расчет деталей машин. – Киров: РИО Вятская ГСХА, 2001.-233с.,ил.