Технология первичной очистки зерна с разработкой решётной части зерноочистительной машины

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.

Агротехнические требования к послеуборочной обработке семенного материала

При очистке из общей смеси выделяются примеси, щуплые и мелкие (недоразвитые и поврежденные) зер­на. 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 до­кументах-стандартах. Основой оценки зерна и учета его массы служат нормы качества (кондиции). Различают посевные и заготовительные виды кондиций.

Семена считаются кондиционными, если они отвечают норма­тивам трех классов: I класс содержит не менее 99% семян ос­новной 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 конди­ций служат влажность, содержание сорной и зерновой примеси, зараженность и запах зерна.

У продовольственного и фуражного зерна пшеницы должны быть следующие параметры (числитель - базисная, знамена­тель - ограничительная кондиции): влажность-14...17/17... 19%, сорная примесь-1/5%, зерновая примесь-2/15%, плот­ность зерна - 730...760 кг/м3, запах нормальный, заражен­ность не допускается (может быть заражено клещом). Наряду с указанными применяют экспортные, промышленные и другие кон­диции.

Соответствие семян требуемым классности и кондициям во многом зависит от выбора последовательности процессов послеуборочной обработки зерна, применяемых машин, их ре­гулировочных 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 само­согреванию и порче. В процессе очистки зерновой ворох раз­деляют на две фракции: очищенное зерно и отходы. При невы­сокой 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 вентилиро­вания, если исходная влажность w1 =18%, а засоренность не больше 8%. При этом из массы выделяют крупные и легкие при­меси, мелкие отходы, а зерно сортируют на основную (про­довольственное 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 при­меси.

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.

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.

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

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 lтах значений размерной величины l семян:

lmin = m - 3σ; [ 1 ] (3.3)

lmax = m + 3σ. [ 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; 0,75σ ; 1,5σ; 2,25σ; 3,00σ.

Из формулы (3.2) следует что

.[ 1 ]

Таблица 3 - Расчётные 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 решёта В и Г с прямоугольными отверстиями.

Количество и типоразмер решёт выбираем из условия

, [ 1 ] (3.4)

где Fр - 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 ].

Определение чистоты семян

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 lр = 3,2мм. [ 1 ]

Таблица 4 - Расчёт 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, %.

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 lр = 1,8мм. [ 1 ]

Таблица 5 - Расчёт 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)

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.

,[ 1 ] (5.1)

, [ 1 ] (5.2)

, [ 1 ] (5.3)

где φ - угол трения материала по решету;

α - угол наклона решёт;

ε - угол, характеризующий направленность колебаний.

Принимаем φ = 30є; α = 7є; ε = 0є.

,

,

.

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 решёт.

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

, [ 1 ] (5.6)

где Σmр - 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 cosωt = 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.

Р
исунок 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;

ZЩ - число щёток под одним решетом.

В существующих машинах lЩ = 170 - 240мм. [ 1 ]

Определяем необходимое число щёток на одно решето

.

Принимаем число щёток ZЩ = 4, тогда

Для полного ометания поверхности решета ход щётки должен быть равен

[ 1 ], (5.10)

где δ - величина перекрытия ходов щёток, δ = 5мм. [ 1 ]

.

Исходя из геометрических параметров механизма привода щёток, величина перемещения определяется

.[ 1 ] (5.11)

где rщ - радиус кривошипа механизма привода щёток;

l1 , l2 - плечи коромысла.

При l1 = l2 = 240мм радиус кривошипа будет равен

Рекомендуемая средняя скорость щёток в рамных очистителях VЩ = 0,20 - 0,52 м/с. [ 1 ]

Принимаем VЩ = 0,32 м/с.

Определяем требуемую частоту вращения кривошипа механизма привода щёток

. (5.12)

Мощность, затрачиваемая на привод щёток, определяется из выражения

[ 1 ], (5.13)

.

Полная мощность необходимая на привод равна

.

По требуемой мощности на привод выбираем электродвигатель

4А90LB8УЗ: P = 1,1 кВт, n = 750 мин -1.

Прочностные расчёты

Расчёт вала привода щёток

В предварительном расчёте вала определяем минимальный диаметр

,[ 3 ] (6.1)

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.

Рисунок 5 - Расчётная 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 - 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

[ 3 ]

где МX – момент в горизонтальной плоскости; Нм

МY - 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;

’ - коэффициент, учитывающий предел прочности материала

[ 3 ]

’’ - коэффициент, учитывающий давление в посадке

- условие прочности выполняется.

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

для углеродистых сталей. [ 3 ]

где σТ - предел текучести, σТ = 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.

Расчёт шатуна

Так как шатун работает на сжатие и имеет большую длину, то его проверяют на прочность с учётом 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1350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.