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.