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

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:

,[ 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 )

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 – Расчетные 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 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

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	А 1 = 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 – Расчет 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 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.