Механизация кормоприготовления с конструктивной разработкой смесителя-дозатора премиксов

Состав чертежей

1.  Классификационная схема дозаторов А1
2. Предлагаемая технологическая схема комбикормового агрегата А1
3. Чертеж общего вида смесител-дозатора премиксов А1
4. Сборочный чертеж эксцентрикового привода А1
5. Технологическая схема комбикормового агрегата А1
6. Сравнительные технико-экономические показатели А1
7. Деталь втулка А4
8. Корпус А3
9. Чертеж оси А4
10. Деталировка крышка А4
11. Деталь вал А3
12. Рабочий чертеж кронштейна А4

Описание

 Из распространенных линий по приготовлению кормов являются кормоцеха серии ОКЦ. Данная линия предназначена для эксплуатации на фермах с часовой потребностью до 4...6 т комбикорма. В проекте разработан представлен предлагаемый смеситель-дозатор вибрационного действия.
Рабочий орган смесителя-дозатора приводится в действие от электрического двигателя. При этом работа данной машины вызывает возникновение шума.
Система смешивания премиксов полностью герметична, поэтому выброса компонентов смеси при его работе не происходит.
В данной машине не предусмотрено наличие масла, поэтому загрязнения окружающей среды от его протечек можно исключить.

Отрывок ознакомительный из дипломной работы:

2.2 Обзор и анализ существующих способов и схем кормоцехов для приготовления кормов.

омплексная механизация приготовления смесей достигается расстановкой поточно-технологической линии в помещении кормоцеха, обеспечивающей их взаимодействие. При этом механизированы все основные и вспомогательные операции, исключающие ручной труд.

Технологические линии кормоцехов выбираются в зависимости от поголовья птицы  и масштабов производимой продукции.

При решении проблемы производства комбикормов в современных условиях необходимо повышение качества рационов, разработка рецептов полнорационных комбикормов, белково-витаминно-минеральных добавок, премиксов различного назначения. Без знаний технологии их производства решить поставленные перед комбикормовой промышленностью задачи будет невозможно.

При приготовлении кормовых смесей одним из важнейших технологических процессов является дозирование, к которому предъявляют особые требования.

Дозирование – это процесс отмеривания материала с заданной точностью, т.е. с погрешностью, не выходящей за установленные требования.

Неточное дозирование компонентов снижает кормовую и биологическую питательную ценность кормовых смесей, а избыток дорогостоящих компонентов приводит к удорожанию продукции и нарушению баланса питательных веществ, а в некоторых случаях- к заболеванию животных. Особо строгую точность предусматривают при дозировании белково-витаминных  и минеральных добавок, так как несоответствие норм их выдачи может привести даже к гибели животных.

Допустимые отклонения по массе при дозировании кормов для крупного рогатого скота, свиней и овец составляют: грубого корма, силоса, зеленой массы  10%; корнеплодов, плодов бахчевых культур 15 %; комбикорма и  концентрированных кормов 5 %; кормовых  дрожжей  2,5 %; минеральных добавок 5 % .

В практике кормоприготовления применяют массовое (весовое) и объемное дозирование, каждое из которых может быть порционным (дискретным) или непрерывным.

Для дискретного объемного дозирования характерно периодическое повторение цикла выпуска дозы материала, как правило, в порционный смеситель. В большинстве случаев дозаторы данного типа применяются при подготовке влажных кормовых смесей, хотя известны варианты их использования и для дозирования ингредиентов комбикормов. Дозаторы этого типа просты по устройству, но далеко не всегда отвечают указанным требованиям.

Порционное массовое дозирование основано на отмеривании дозы определенной массы. Дозирование по массе проводят различными методами и на весах различной конструкции, исходя из мощности предприятия, особенностей технологического процесса и ассортимента вырабатываемой продукции. Дозаторы такого типа дают высокую точность дозирования, их устройство не сложно, но множество операций, связанных с загрузкой, взвешиванием, догрузкой, выгрузкой сводят на нет все преимущества данного оборудования. Массовое дозирование не всегда дает при требуемой точности необходимую производительность, поэтому очень часто применяют комбинированные весы, на которых первоначально производят грубое взвешивание, а затем досыпку. К недостаткам весовых дозаторов следует отнести также удары механизмов в процессе работы, большую занимаемую площадь, сложность обслуживания. По этой причине весовое дозирование не нашло широкого применения в условиях кормоцехов хозяйств, хотя на больших современных комбикормовых заводах дозированию по массе отдают предпочтение.

При порционном дозировании порцию смеси составляют из компонентов, которые в необходимых количествах подготавливают или одновременно при помощи индивидуальных дозаторов, или в одном дозаторе поочередно каждый компонент. Подготовленные компоненты поступают в сборные бункера или непосредственно в смеситель, который перемешивает полученную порцию смеси в течение определенного времени.

При использовании дозирования по массе компонентов комбикормов следует учитывать следующие обстоятельства. Влажность наружного воздуха колеблется от 60 до 90 %. Поскольку приготовление комбикормов в хозяйствах  производится  в неотапливаемых помещениях, то равновесная влажность  зерновых  компонентов, следуя изменению влажности воздуха, может принимать  значения от 12 до 20 %. Относительное изменение сухого вещества в кормах может при этом достигать 10 %. Поэтому, если мы будем дозировать ингредиенты по массе даже с нулевой погрешностью, то животному сухого вещества будет доставаться то больше, то меньше. Это сводит на нет основное преимущество дозирования по массе – малую погрешность.

Объемное непрерывное дозирование менее требовательно к состоянию компонентов и при использовании соответствующего оборудования позволяет приготавливать кормовые смеси с заданным качеством. В связи с этим его широко применяют в кормоцехах.

При непрерывном дозировании все компоненты подают одновременно непрерывными потоками в соотношениях, соответствующих рецептам комбикорма или составу смеси в смеситель, где происходит также непрерывное перемешивание.

В зависимости от степени технической оснащенности и от развитости технологической схемы комбикормовые цеха можно классифицировать по типам:

1. цеха, работающие по традиционной технологии. К таким предприятиям относят комбикормовые цеха, не имеющие отдельных узлов предварительного дозирования и смешивания трудносыпучих, минеральных, зерновых и гранулированных компонентов. Все виды сырья подают по самостоятельным линиям параллельными или последовательными потоками;
2. цеха с одним узлом предварительного дозирования трудносыпучих компонентов. Это в основном заводы производительностью более 50 т/сут., построенные по типовому проекту. Объемно-планировочными решениями предусмотрены цеха предварительного дозирования и смешивания трудносыпучих компонентов
3. цеха с двумя узлами предварительного дозирования: трудносыпучих компонентов; зернового и гранулированного сырья. Такие технологические схемы в свою очередь подразделяют на два варианта, которые в последние годы получили широкое распространение: непрерывно-поточная схема; порционная схема.

Из распространенных линий по приготовлению кормов являются кормоцеха серии ОКЦ (рисунок 1). Данная линия предназначена для эксплуатации на фермах с часовой потребностью до 4...6 т комбикорма. В состав агрегата входят молотковые дробилки, блок бункеров с дозаторами, решетный стан, магнитные сепараторы, электродвигатели, система привода и шнековые распределительные устройства. Оборудование ОКЦ-15 и ОКЦ-30 большей частью унифицировано (дробилки, смеситель, наклонный шнек, решетный стан и другое) и однотипно.

1-решетный стан; 2 -загрузочная горловина; 3 - смеситель; 4 - нория; 5 -магнитная колонка; 6 - шнек нории; 7 -циклон; 8 -шнек дробилки; 9 - просеивающее устройство; 10 - наклонный шнек; 11 - нижний шнек; 12 - шнековый дозатор; 13 и 14 - начальный и конечный бункера; 15 - зерновой бункер; 16 - дозирующий шнек; 17 – дробилка

Рисунок 2.1. – Технологическая схема комбикормового агрегата ОКЦ.

Технологический процесс протекает в такой последовательности терновые корма поступают для очистки на решетный стан и пропускаются без обработки через смеситель и норию на магнитную колонку Очищенное от металлических примесей зерно шнеком направляется в секции зернового бункера. Минеральные и белково-витаминные добавки, проходя тот же путь, собираются в бункерах. Из зернового бункера продукт выходит через шнек-дозатор в дробилку КДУ-2 и затем через циклон и его шлюзовой затвор подается шнеком на просеиватель, где разделяется на две фракции по крупности помола. Фракции поступают в секции конечного бункера раздельно. Из бункеров дозаторы подают корм в шнек-смеситель, откуда продукт выдается наклонным шнеком в транспортные средства и кормораздатчики.

Смеситель агрегата состоит из рамы бункера, шнека, электропривода, задвижек и кормопроводов. В конической части смесителя размещена выгрузная горловина которая присоединяется к приемнику нории. Продукт поступает в смеситель через загрузочный патрубок и под действием шнека поднимается в смесительную камеру. Привод шнека осуществляется от электродвигателя через клиноременную передачу. Управление электроприводом задвижек проводится с пульта. 

2.1 Требования к участку и определение размера территории фермы

Участок расположен в сухом незатопляемом месте и имеет уклон, обеспечивающий сток поверхностных вод, расположен вблизи источников электроснабжения и естественных водоемов, обеспечивающих достаточного количества воды.

Ферма размещена на расстоянии более 300 м от жилого района. Вдоль границ фермы расположена зеленая зона. К участку подведен удобный подъезд.

Размер территории фермы определяем как сумму площадей, занятых производственными зданиями, санитарными разрывами между ними, дорогами и защитными зонами. Площадь фермы или комплекса определяем по заданному числу голов скота т и удельной площади на 1 голову (200 м²) [2]:   

                                          F = m·f, м²                                                         (2.1)

F = 360·200 = 72000 м².

При расчете размеров сторон участка следует исходить из соотношения ширины b и длины а не более как 1: 1,5:

                                b = 1,5·а; а =√F/1,5, м                                    (2.2)

а =√72000/1,5 = 219 м,

b = 1,5·219 = 329 м.

2.2 Определение состава зданий и сооружений фермы

На территории фермы размещены производственные и вспомогательные здания и сооружения. При подборе построек следует использовать типовые проекты.

Количество необходимых животноводческих построек п_ж в зависимости от заданного числа голов скота и вместимости выбранных построек определяется по формуле [2]:

                                    n_Ж = m/m_п,                                           (2.3)

где  m - количество данного вида животных;

m_п - вместимость постройки (выбирается в соответствии с принятой на ферме системой содержания животных).

n_Ж = 360/200 = 1,8.

Принимаем 2 постройки вместимостью 200 голов.

В результате деления количества животных на вместимость постройки получился остаток, этот небольшой избыток площади оставляем для дальнейшего увеличения поголовья.

Ширина помещения, при 2-рядном расположении стойл, принимаем равной 12 м.

При застройке фермы применяем павильонный способ планировки.

После определения необходимого количества животноводческих помещений и выбора их ширины рассчитывается длина l_п по формуле:

                                    l_П = m₁·b_С +∆l ,                                         (2.4)

где  m₁  - число животных в одном ряду;

b_С – ширина стойла (1,2 м);

∆l – часть длины здания, занятая подсобными помещениями и поперечными проходами (принимается равной 12 м).

Длина l_п помещений находится:

l_п  = 100·1,2+12 = 132 м.

Площадь навозохранилища находится по формуле:

                       F_НХ = ((q_П+q_М+q_Н)·m·D)/1000·γ_Н·b_Н,                              (2.5)

где  q_П - норма подстилки в сутки, равная 2 кг/гол.;

q_М - суточных выход мочи от 1 гол., 20 кг;

q_Н - суточный выход навоза от 1 гол., 35 кг;

D - продолжительность хранения навоза, 100 дн.;

γ_Н - объемная масса навоза, 1 т/м³;

b_Н - высота укладки навоза, 1,5 м [12].

F_НХ = ((2+20+35)·400·100)/1000·1·1.5 = 1520 м².

Ширина хранилища, принимается равной 15 м, тогда длина его будет:

                                      l_Н = F_НХ/b_НХ,                                         (2.6)

l_Н = 1520/15 = 101,3 м.

Принимаем  два хранилища и их длина: l_Н = 51 м.

Расстояние до ближайшего производственного помещения не менее 40 м, расстояние между хранилищами в ряду 5 м.

Количество и размеры силосных траншей определяются следующим образом [2]:

а) годовой запас силоса или сенажа:

                                  G_год = 0,24·m·k·q_С,                                         (2.7)

где  k - коэффициент, учитывающий потери силоса или сенажа (1,12);

q_С - суточная норма силоса или сенажа на 1 гол., кг.

Суточные нормы силоса, сенажа и других компонентов рациона определяются в разделе 2.5.1 (таблица 2.6).  

Годовой запас силоса: G_год = 0,24·400·1,12·16,85 = 1812 т.

Годовой запас сенажа: G_год = 0,24·400·1,12·8,44 = 908 т.

б) число траншей:

                                 n_СТ = G_год/G_ТП,                                        (2.8)

где G_ТП – вместимость одной траншеи, т

n_СТ = 1812/2000 = 0,91 = 1 шт,

n_СТ = 908/1000 = 0,91 = 1 шт.

Для силоса: 1 по 2000 м³          

Для сенажа: 1 по 1000 м³                                                                                                     

Площадь корнеклубнехранилища определяется исходя из годовой потребности и удельной нагрузки на 1 м  хранилища:                                                 

                        F_К = 0,24·q_К·m/∆P_К ,                                    (2.9)

где  q_К - суточная норма корнеклубнеплодов на 1 гол., кг; 

∆P_К - нагрузка для хранилища закромного типа (1,5-2 т/м).

F_К = 0,24·9,6·400/1,5 = 614,4 м².

Ширина хранилища равна 12 м.

Длина равна:

l_K = 614,4/12 = 52 м.

Число и размеры скирд сена и соломы определяются также  по удельной нагрузке. Наибольшая длина скирды составляет l_С = 60м, ширина b_С = 8м.

Число скирд вычисляется по формуле:

                                    n_С = 0,24·q_С·m·K_С/(∆P_С-b_С·l_С),                              (2.10)

где  q_С - суточная норма сена или соломы на 1 гол., кг.;

K_С - коэффициент, учитывающий текущий запас грубых кормов (0,5 - 1,0);

∆P_С - удельная нагрузка (для сена - 0,2 т/м², для соломы - 0,25 т/м²).

Сено: n_С = 0,24·4,38·400·0,5/(0,2·8·60) = 1,99 (2 скирды).

Солома: n_С = 0,24·6,14·400·0,5/(0,25·8·60) = 2,46 (3 скирды).

Производственные, складские и вспомогательные постройки на фермах размещают в определенном порядке с соблюдением санитарных производственных и противопожарных требований, а также условий для успешного внедрения комплексной механизации и электрификации.

Постройки должны располагаться по принципу батареи, в один или два ряда. Расстояние между постройками в ряду при твердом покрытии 37 м, а без покрытия - 60 м. Расстояние между рядами построек, то есть между торцами смежных зданий 20 - 25м.

Расстояние между скирдами в ряду - 6м, рядами скирд - 30м, силосными траншеями - 10м, буртами корнеплодов - 5м.

Кормоприготовительный цех располагается в отдельном помещении, в наиболее удобном месте для перевозки грузов. Размеры кормоцеха в зависимости от числа голов скота на ферме принимаем равным 12х12 м.

На план фермы наносим также насосную станцию (4х4м), водонапорную башню (3м), автовесы (6х6м), трансформаторную подстанцию (2х2м), котельную (15х18м), гараж с навесом (18х21м), ветпункт (9х12м).

На генеральном плане указываются стороны света, роза ветров, изображаются условными линиями трассы дорог, водопровод, канализация, подъездные пути, изгороди и зеленые насаждения.

На свободном участке листа приводится экспликация зданий и сооружений, наносятся условные обозначения, масштаб и даются основные показатели генплана:

• площадь территории - F = 7,2 га;
• площадь застройки - F₁ = 4286 м²;
• плотность застройки - f = 6 %;
• площадь выгульных дворов - F_выг = 6000 м²;
• дороги и площадки с твердым покрытием - F₂ = 6200 м²;
• внешнее ограждение ферм - L_ф = 1096 пог. м.

2.3 Механизация водоснабжения и поения животных

Суточная потребность в воде определяется по формуле [2]:

                                   Q_СР.СУТ =∑q_В·m_i,,                                       (2.11)

где  q_В - норма расхода воды на 1 гол., л (100 л/гол. в сутки для коров);

m_i - количество потребителей i-й группы.

Q_СР.СУТ = 100·400 = 40000 л/сут.

Суточный расход воды зависит от времени года, поэтому оборудование подбираем с учетом коэффициента суточной и часовой неравномерности.

Максимальный суточный расход воды  определяется по формуле:

                                  Q_mахСУТ = Q_СР.СУТ ·К_С,                                    (2.12)

где  К_С - коэффициент суточной неравномерности, принимают равным 1,3.

Q_mахСУТ = 40000·1,3 = 52000 л/сут.

Наибольший часовой расход воды:

                                   Q_mах.Ч = Q_mахСУТ·К_Ч/Т,                                     (2.13)

где  К_Ч - коэффициент суточной неравномерности, принимаем равным 2,5 при наличии автопоилок;

Т - продолжительность водопотребления, принимаем равной 24 ч.

Q_mах.Ч = 52000∙2,5/24 = 5416 л/ч.

Определяется производительность насосной станции, для чего в последнюю формулу вместо Т подставляем Т_Н – продолжительность работы станции.

Время работы насосной станции принимается равным 14 ч.

                                     Q_Н = Q_mахСУТ·K_Ч/T_Ч,,                                      (2.14)

Q_Н = 52000·2,5/14 = 9285,7 л/ч.

По величинам Q_Н и Н производим выбор насоса, пользуясь справочной литературой [3]. Величина напора принимается Н = 30 м.

    Таблица 2.1 - Техническая характеристика погружного насоса типа ЭПН

Марка насоса	ЭПН 6-10-80
Подача, м3/ч	10
Напор, м	80
Мощность двигателя, кВт	4
Внутренний диаметр скважины, мм	150

Для определения диаметра труб надо знать секундный расход воды:

                                  Q_mахС = Q_mах.Ч/(3,6·10⁶),                                  (2.15)

Q_mахС = 5416/(3,6·10 ⁶) = 0,0015 м³/с.

Затем находится диаметр труб внешнего водопровода на начальном участке, по которому проходит все количество воды:

                                  D = 1,13·(√Q_mахС/V),                                     (2.16)

где V - скорость движения воды в трубах, 1 м/с;

D = 1,13·√(0,0015/1) = 0,044 м.

Полученный диаметр трубы округляется до стандартного размера. Принимаем диаметр трубы: D = 0,050 м.

Далее определяется необходимая емкость резервуара водонапорной башни, которая принимается равной 15-20% от наибольшего расхода воды:

                                     V_Б = (0,15…0,2)·Q_mахСУТ,                                   (2.17)

V_Б = 0,2·52000 = 10,4 м³.

Полученная ёмкость бака округляется до стандартной. Принимаем ёмкость резервуара: V_Б = 15 м³.

Для поения выбираем марку поилки [3], и приводим ее техническую характеристику:

     Таблица 2.2 - Техническая характеристика поилки ПА-1

Вместимость чаши, л	2,0
Давление в сети, кПа	до 49
Габаритные размеры, мм	185ģ210ģ330
Масса, кг	7,8

При чётном количестве коров в группе и при содержании их на привязи число поилок определяется из расчёта, одна поилка на две коровы:

                                         n_А = m/2,                                         (2.18)

n_А = 400/2 = 200 шт.

2.4 Вентиляция и отопление

Нормальное содержание животных в помещениях возможно лишь при условии поддержания определённых физических и химических свойств воздуха.

Оптимальными параметрами микроклимата в помещениях для содержание коров обычно считают такие: температура внутреннего воздуха 8-10^ºС, относительная влажность воздуха 80%, содержание углекислого газа не более 0,25%, содержание аммиака не более 0,026 мг/л, скорость движения воздуха 0,5 м/с.

2.4.1 Определение величины часового воздухообмена

В районах с холодной и продолжительной зимой за основной параметр при расчёте вентиляции следует принимать влажность воздуха в помещении.

Величина воздухообмена для одного помещения будет равна [2]:

                    L = K_П·W·m_П/(W_ДОП-W_О),                                   (2.19)

где  K_П - коэффициент влаговыделения с пола помещения (1,2-1,4);

W - количество влаги, выделяемое одним животным, г/ч (для коров с надоем до 10 кг/сут и живой массой 600 кг - 329 г/ч);

W_ДОП - допустимое количество влаги в помещении (8 г/м³);

W_О - влагосодержание наружного воздуха (для Западной Сибири в январе составляет 1 -1,5 г/м³).

Для помещений величина воздухообмена равна:

L = 1,3·329·200/(8–1,5) = 13160 м³/ч.

Полученный воздухообмен не должен быть меньше величины, принятой в нормах технологического проектирования (НТП). Норма воздухообмена обычно даётся на 1 ц живой массы и для коров составляет ∆L>17 м³/(ц/ч), исходя из этого необходимая величина воздухообмена равна:

                                     L = ∆L·m_П·g,                                         (2.20)

где g - живая масса одного животного, ц (по заданию 6 ц).

L = 17·200·6 = 20400 м³/(ц/ч).

Дальнейшие расчеты следует вести по максимальной величине воздухообмена.

Кратность воздухообмена К, рассчитывается по формуле:

                              К = L/V; V = a∙b∙h,                                     (2.21)

где  V - объем помещения, м;

а - ширина помещения, м;

b - длина полезной части помещения, м;

h - высота помещения до потолочного перекрытия (3 м). 

V = 12·132·3 = 4752 м³;

К = 20400/4752 = 4,3.  

Исходя из полученной кратности воздухообмена производится выбор системы вентиляции. Кратность часового воздухообмена допускается не более 5. Для коровников принимаем комбинированную систему вентиляции: с естественной вытяжкой через вертикальные каналы и приточную - принудительную.

2.4.2 Расчёт вытяжных каналов при естественной вытяжке

Воздух помещения в силу разности температур внутри и снаружи перемещается вверх по каналу с некоторой скоростью.

Общая площадь сечения канала составляет:

                               F_В = L_max/(3600·V),                                     (2.22)

где  L_max - максимальное значение величины воздухообмена.

Скорость движения воздуха в канале υ, м/с, зависит от высоты канала и разности температур и определяется по формуле:

                              υ = 2,2·√(h·(t_ВН-t_Н)/273),                                   (2.23)

где  h - высота канала (3 м);

t_ВН - температура воздуха внутри помещения (10 ^ºС);

t_Н - температура воздуха снаружи помещения (-23 ^ºС).

υ = 2,2·√(3·(10-(-23))/273) = 1,325 м/с.

Общая площадь сечения канала для помещений составит:

F_В = 20400/(3600·1,325) = 4,28 м³.

Количество вытяжных каналов  на одно помещение:

                                   n = F_В/f₁,                                        (2.24)

где f₁ - площадь поперечного сечения одного канала (принимаем равной 1·1 = 1 м²).

n = 4,28/1 = 4 шт,

Вытяжные каналы устраиваются в виде утепленных деревянных шахт, укрепляемых в потолочном перекрытии и крыше здания. Внутренняя поверхность канала покрывается оцинкованной листовой сталью, полость вытяжного канала снабжается дроссель - клапаном. На верхней части канала устраивается зонт.

2.4.3 Расчет приточной вентиляции

Поступление свежего воздуха обеспечивается приточными установками (ПУС), расположенными в вентиляционных камерах торцовых частей помещения. Приточная установка состоит из центробежного вентилятора типа Ц4-70, калорифера, воздухозаборного устройства и приточного воздуховода. Калорифер может быть электрическим, паровым или водяным.

Начальный участок воздуховода изготавливается из металла, а распределительный - листовой оцинкованной стали.

Подачу приточных установок (ПУС) принимаем на 15% больше, чем производительность вытяжной вентиляции в целом для создания избыточного давления, исключающего «застойные ямы» в помещении.

Производительности установок определяется по формуле [2]:                                                   

                                 L_П.УС = 1,15·L_max,                                        (2.25)

где L_max - максимальная подача вытяжной вентиляции.

L_П.УС = 1,15·20400 = 23460 м³/ч.

Вентиляторы приточных установок подбираем по  производительности и создаваемому напору.

Производительность одного вентилятора:

L_В = L_П.УС/n_П.УС,                                        (2.26)

где n_П.УС - число приточных установок.

L_В = 23460/2 = 11730 м³/ч,

Диаметр воздухопровода определяется по формуле:

d = 1/30·√(L_В/π·υ₁),                                       (2.27)

где υ₁ - скорость движения воздуха в трубе (12-15 м/с - для металлического воздуховода).

d = 1/30·√(11730/3,14·15) = 0,53 м.

Напор Н, Па, развиваемый вентилятором, определяют как сумму потерь от трения воздуха о трубы на прямолинейных участках Н_ТР и потерь напора от местных сопротивлений h_М:

Н = Н_ТР+h_М = γ·υ₁²/2g·(λ·l/d+∑λ_М),                        (2.28)

где  γ - средняя плотность воздуха (1,2-1,3 кг/м³);

λ - коэффициент сопротивления движению воздуха в трубе (для круглых труб равен 0,02 - 0,03);

l - длина прямолинейного участка воздуховода, м;

∑λ_М - сумма коэффициентов местных сопротивлений, равная 4.

Н = (1,3·15²/2·9,81)·(0,03·120/0,53+4) = 161 Па.

По полученным величинам  L_В и Н выбираем вентилятор [3]:

Таблица 2.3 - Техническая характеристика центробежного вентилятора

Вентилятор	Тип		Ц4-70
	номер		7
Показатели	производительность, тыс. м3/ч		12
	диаметр рабочего колеса, мм		700
	полное давление, Па		171
	частота вращения, мин-1		950
	мощность электродвигателя, кВт		2,8…10
	габаритные размеры, мм	длина	1248
		ширина	650
		высота	1309

2.4.4 Расчет системы отопления

Количество тепла, необходимое для отопления животноводческого помещения [2]:

                                Q_О = Q_З+Q_В-Q_Ж,                                       (2.29)

где  Q_З - потери тепла через ограждающие конструкции помещения, кДж/ч;

Q_В - потери тепла на вентиляцию, кДж/ч;

Q_Ж - количество тепла, выделяемое животными, кДж/ч.

Потери тепла Q_З, кДж/ч, через ограждающие конструкции:

                               Q_З = ∑К_i·F_i·(t_ВН-t_Н),                                      (2.30)

где  К_i - коэффициент теплоотдачи ограждений, кДж/(м²·ч °С);

F_i - поверхность ограждения, м²;

t_Н - наружная расчетная отопительная температура (-36 °С);

t_ВН - расчетная температура внутри помещения (10 °С).

Расчеты необходимые для определения К_i·F_i, приведены в таблице 2.4.

        Таблица 2.4 - Расчет удельных теплопотерь на помещение 200 гол

Наименование ограждения	Кi, кДж/(м2∙ч∙ºС)	Fi, м2	Кi∙Fi, кДж/(ч∙ºС)
Стены наружные	4,31	661,68	2851,8	29,84
Окна двойные	9,63	115,2	1109,4	11,6
Ворота и двери	16,74	15,08	168,7	1,76
Потолок	3,14	1436	4509	47,2
Пол:   зона 0-2 м	1,67	260	434,2	4,6
зона 2-4 м	0,83	252	209	2,2
зона 4-6 м	0,42	244	102,5	1,1
Остальное	0,25	684	171	1,7
Всего	-	-	9555,6	100

Потери тепла через ограждающие конструкции равны:

 Q_З = 9555,6·(10+36) = 439557,6 кДж/ч.

Потери тепла Q_В (кДж/ч) на вентиляцию:

                          Q_В = С·L_П.УС∙·γ·(t_ВН-t_Н),                                      (2.31)

где  С – теплоёмкость воздуха (1,005 кДж/(кг·°С));

L_П.УС - величина воздухообмена, полученная в предыдущих расчётах;

γ - средний объемный вес воздуха (1,2-1,3 кг/м³);

t_ВН - внутренняя температура помещения (10 °С);

t_Н - расчётная вентиляционная температура наружного воздуха (-23 °С).                        

Q_В = 1,005·23460·1,2·(10+23) = 933661,08 кДж/ч.

Тепловыделения от животных:

                                    Q_Ж = q·m_П,                                           (2.32)

где q - количество тепла выделяемое одним животным (3440 кДж/ч - для коров с продуктивностью до 10 л/сут и живой массой 600 кг).                                  

Q_Ж = 3440·200 = 688000 кДж/ч.

Q_О = 439557,6+933661,08-688000 = 685218,68 кДж/ч.

Теплопроизводительность одной приточной установки определяется по формуле:

                                   Q_П.УС = Q_О/n_П.УС                                        (2.33)

Q_П.УС = 685218,68/2 = 342609,34 кДж/ч.

Затем  подбираем  нагревательное  устройство [3], и  приводим  его техническую характеристику:

       Таблица 2.5 - Техническая характеристика электрокалорифера СФОЦ 100/0,5-41

Напряжение питающей сети, В	380
Мощность, кВт	97,5
Производительность, м3/ч	5000
Перепад температур входящего и выходящего воздуха, 0С	70
Количество рабочих нагревателей, шт.	84

2.5 Механизация приготовления кормов

Правильным кормлением следует считать такое, которое наиболее полно соответствует потребностям организма животного и позволяет при наименьшем расходовании кормов достигать наибольшей продуктивности.

Большинство кормов нуждается в обязательной предварительной обработке. Такая обработка производится в кормоцехах, оснащенных необходимым набором машин и вспомогательном оборудованием.

2.5.1 Расчёт количества кормов

Рассчитаем суточный расход кормов и их потребность на  стойловый период. Данные заносятся в таблицу 2.6.

Суточная потребность в кормовых единицах для фермы определяется [2]:

                                  К = q_i·П_С·m_i,                                          (2.34)

где q_i - норма расхода кормов на единицу продукции, корм.ед. (1,45 корм.ед./кг молока);

П_С - суточная продуктивность одного животного, кг;

m_i - поголовье животных данной половозрастной группы.

К = 1,45·9,3·360 = 4854,6 корм.ед./кг.

Суточная продуктивность для дойного стада крупного рогатого скота определяется по годовой продуктивности одного животного и числу дней лактации (300):

                                    П_С = П_Г/Д_Л,,                                         (2.35)

П_С = 2800/300 = 9,3 кг/сут.

Продуктивность за стойловый период (240 дн.) принимается равной 65% от годовой, за пастбищный период (125 дн.) - 35% от П_Г:

П_СТ = 0,65·2800 = 1820 кг/год,

П_П = 0,35·2800 = 980 кг/год.

Содержание кормовых единиц в компонентах рациона в расчете на одну голову определяется:

                                   К_i = 0,01·q_i·φ_i·П_С,                                        (2.36)

где  φ - процентное содержание каждого вида корма в рационе.

      Таблица 2.6 - Расчёт количества кормов

Вид корма	φi, %	Кi, корм.ед.	Цi, гол.корм.ед	Аi СУТ, кг/гол	АСУТ, т	АС.П., т
Концентраты	20	2,70	1,00	2,70	1,08	259,2
Сено	13	1,75	0,40	4,38	1,75	420
Солома	10	1,35	0,22	6,14	2,46	590,4
Силос	25	3,37	0,20	16,85	6,74	1617,6
Сенаж	20	2,70	0,32	8,44	3,38	811,2
Корнеплоды	12	1,63	0,17	9,6	3,84	921,6
Итого:	100	13,5		48,11	19,25	4730,4

Массовое значение каждого компонента в суточном рационе А_{i СУТ}, кг, (графа 5) одного потребителя находится:

                                  А_{i СУТ} = К_i/Ц_i,                                         (2.37)

где  Ц_i - питательная ценность i-го вида корма, корм.ед./кг  (графа 4).

Суточная потребность в кормах А_СУТ, т, на все поголовье для стойлового периода определяется (графа 6):

                            А_СУТ = 0,001·А_{i СУТ}·m,                                      (2.38)

где  m - число голов на ферме.

Находится общий расход кормов А_С.П, т, за стойловый период (графа 7):

                              А_С.П. = D_З·А_СУТ,                                         (2.39)

где  D_З - продолжительность стойлового периода.

Суточное   количество   корма   следует  распределить   по   выдачам. В ЗАО «Литковское» принято двухразовое кормление: 1-е кормление с 7 до 8 часов (утреннее), 2-е кормление с 19 до 20 часов (вечернее).

Распределение суточного рациона по выдачам представлено в таблице 2.7.

     Таблица 2.7 - Распределение кормов по выдачам

Кормление	Корма
	Зерновые		Сено		Солома		Силос		Сенаж		Корн-ды		Итого
	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг
Утреннее с 7 до 8	50	540	50	875	50	1230	50	3370	50	1690	50	1920	50	9625
Вечернее с 19 до20	50	540	50	875	50	1230	50	3370	50	1690	50	1920	50	9625
Итого:	100	1080	100	1750	100	2460	100	6740	100	3380	100	3840	100	19250

При двухразовом кормлении масса смеси на одно кормление:

                                      А_РАЗ = ∑А_СУТ/2,                                       (2.40)

А_РАЗ = 19,25/2 = 9,625 т.

Часовую производительность кормоцеха определяем исходя из массы корма на одну выдачу и продолжительности его переработки Т (2ч):

                                    Q_К = А_РАЗ/Т,                                        (2.41)

Q_К = 9,625/2 = 4,8 т/ч.

Продолжительность переработки не должна превышать время перерыва между кормлениями. В случае совмещения процессов приготовления и раздачи кормов, время кормоприготовления примерно равно времени кормления.

При известной производительности кормоцеха (КОРК-5) Q_П = 5 т/ч определяем действительное время его работы [3]:

                                   Т_П = А_РАЗ/Q_П,                                        (2.42)

Т_П = 9,625/5 = 1,9 ч.

Часовая производительность поточных технологических линий (ПТЛ) кормоцеха определяем по формуле:

                                      Q_ПТЛ = А_РАЗ/Т                                         (2.43)

Для зерновых: Q_ПТЛ = 0,54/1,9 = 0,28 т/ч;

Для грубых кормов: Q_ПТЛ = (0,875+1,23)/1,9 = 1,1 т/ч;

Для сочных кормов: Q_ПТЛ = (3,37+1,69)/1,9 = 2,7 т/ч;

Для корнеплодов: Q_ПТЛ = 1,92/1,9 = 1,01 т/ч.

2.5.2 Разработка технологии обработки кормов

Технологический процесс обработки каждого вида корма произ­водится путем составления пооперационных и графических схем. При выборе и составлении рационального перечня последовательных операций по переработке кормов можно руководствоваться следую­щими примерными вариантами:

1) зерновые корма: прием – взвешивание – измельчение – дозирование – смешивание – выдача;

2) корнеклубнеплоды: прием и взвешивание – мойка – резка – до­зирование – выдача;

3) грубые корма (сено, солома): прием и взвешивание – измельчение – дозирование – смешивание с другими кормами - выдача;

4) сочные корма (силос, сенаж): погрузка – взвешивание – смешивание с други­ми кормами – выдача [4].

2.6 Механизация погрузочно-разгрузочных работ и раздачи кормов

2.6.1 Погрузочно-разгрузочные работы

Для погрузки кормов и других грузов следует выбирать универсальные типы погрузчиков с целью увеличения времени их использования в течение смены.

Для погрузки сочных и грубых кормов принимаем погрузчик ПКУ-0,8, для погрузки зерновых ЗСК-Ф-10А [4].

     Таблица 2.8 - Техническая характеристика погрузчиков

Характеристика	ПКУ-0,8	ЗСК-Ф-10А (на базе ЗИЛ-130)
Производительность за 1 час основной работы	до 55	15
Высота погрузки, м	2,5	1,9…6,5
Ширина захвата, мм	2000	-
Вместимость бункера, м3	-	10

Количество погрузчиков определяем исходя из их производительности, суточного количества грузов, а также производительности и числа смен работы.

Общее время работы погрузчика определяем по формуле [2]:

                                 Т_П =∑А_i/Q_i,                                          (2.44)

где  А_i - суточное количество отдельного вида груза, т;

Q_i - производительность машины при погрузке отдельного вида груза, т/ч.

Для зерновых: Т_П = 1,08/15 = 0,072 ч.

Для грубых кормов: Т_П = (1,75+2,46)/8 = 0,53 ч.

Для сочных кормов: Т_П = (6,74+3,38)/25 = 0,4 ч.

Количество погрузчиков необходимое для погрузки одного  или нескольких видов груза, определяется по выражению:

                           n_П = Т_П/n_С·Т_С·τ,                                       (2.45)

где  n_С - число смен;

Т_С - продолжительность смены, ч;

τ - коэффициент использования времени смены (0,8 - 0,9).

ЗСК-Ф-10А: n_П = 0,072/1·7·0,8 = 0,013 шт. (1 погрузчик).

ПКУ-0,8: n_П = (0,53+0,4)/1·7·0,8 = 0,17 шт. (1 погрузчик).

2.6.2 Механизация раздачи кормов

Для раздачи кормов на фермах крупного рогатого скота могут применяться как мобильные, так и стационарные кормораздатчики.

Выбираем мобильный кормораздатчик КТУ-10, который рассчитан на обслуживание 500 голов КРС [5].

Количество кормораздатчиков определяется исходя из общего количества и числа голов, обслуживаемых одним раздатчиком:

                               n_Р = m/m_{i ,}                                                                (2.46)

где  m_i -норма нагрузки на один кормораздатчик.

n_Р = 400/500 = 0,8 (1 кормораздатчик).

     Таблица 2.9 - Техническая характеристика кормораздатчика КТУ-10

Грузоподъемность, кг	3500
Скорость, км/ч:  транспортная рабочая	до 28 0,76...2,84
Необходимая минимальная ширина проезда, мм	2200
Производительность при выдаче, кг/пог. м: на одну сторону на две стороны	5,2...72 2.6...36
Колея,  мм	1600
Число колес, шт.	4
Номинальная вместимость  кузова,  м3:	10
Габаритные размеры, мм	6175х2300х2440

Фронт кормления для ряда коров рассчитывается:

                                   Ф = m_Р·l_К,                                       (2.47)

где  m_Р - количество животных в одном ряду;

l_К - длина кормушки на 1 гол (при привязном содержании 1,2 м).

Ф = 100·1,2 = 120 м,

При использовании мобильных раздатчиков определяем:

а) количество коров, обслуживаемых за один цикл раздачи:

                                       m_Ц = V_К·γ·β/q₁ ,                                     (2.48)

где  V_К - объем кузова раздатчика, м³;

γ - объемная масса корма, кг/м (400);

β - коэффициент использования емкости кузова (0,85);

q₁ - средняя норма выдачи корма за одну выдачу, кг/гол (24,1).

m_Ц = 10·400·0,85/24,1 = 141 гол.

б) удельную норму расхода корма:

                                         q_УД = q_max/l_К,                                          (2.49)

где q_max - максимальная норма разового кормления на одно животное, кг.

q_УД = 24,1/1,2 = 20,1 кг/м.

в) скорость продольного транспортера кормораздатчика:

                          V_ПР = q_УД·V_А/3,6·В·Н·γ,                                  (2.50)

где  V_А - скорость движения кормораздатчика (1,3-3,0 км/ч);

В - ширина кузова (2,3 м);                                                             

Н - высота кузова (1,95 м);

γ - объемная масса корма (силоса - 300-500 кг/м³).

V_ПР = 20,1·2/3,6·2,3·1,95·400 = 0,006 м/с.

г)         затраты времени на один цикл раздачи кормов [5]:

                          Т_Ц = S·(1/V_А+1/V_ХХ)+G/Q_ТР+L/V,                           (2.51)

где  S - расстояние от кормоцеха до места раздачи, км;

V_А - скорость нагруженного агрегата в пути (5-10 км/ч);

V_ХХ - скорость порожнего агрегата (13-22 км/ч);

G - грузоподъемность раздатчика, кг;

Q_ТР - подача выгрузного транспортера кормоцеха, кг/ч;

L - длина пути выдачи кормосмеси, км;

V - скорость агрегата при выдаче (1,3-3,0 км/ч).

Т_Ц = 0,5·(1/7+1/15)+3500/20000+0,17/2 = 0,36 ч (22 мин.).

д)        общую производительность кормораздатчика с учетом переездов и загрузки:

                                     Q_К = V_К·γ/Т_Ц,                                       (2.52)

Q_К = 10·0,4/0,36 = 11,1 т/ч. 

Описание предлагаемого смесителя-дозатора премиксов 

Проведенный анализ смесителей, способов смешивания и оборудования показал, что они не в полной мере отвечают требованиям получения премиксов. В условиях хозяйств это определяется большими габаритами камеры смешивания либо высокой их энергоёмкостью. На рисунке 3.1 представлен предлагаемый смеситель-дозатор вибрационного действия.

Рисунок 3.1 - Схема вибрационного смесителя 

Вибрационный смеситель-дозатор премиксов состоит из загрузочной емкости 1, закрепленной на раме 2, подвижной мембраны 3, импульсы на которую передаются от электродвигателя 4 через эксцентриковый привод 5. Выпуск материала производится в рабочем режиме через патрубок 6. При работе мембрана 3 совершает возвратно поступательные движения и формирует виброкипящий слой за счет создания знакопеременного воздушного потока, который усиливает циркуляцию частиц, повышая тем самым качество смешивания. 

3.2. Расчеты основных параметров смесителя 

3.2.1. Определение емкости смесителя 

Из конструктивных соображений смеситель выполнен цилиндрическим со следующими параметрами (см. рисунок 3.2): D=0,4 м; d= 0,2 м; Н=0,5 м; Н₁= 0,05 м.

Рисунок 3.2.- Схема к определению емкости смесителя

Соответственно объем смесителя будет равен [11]::

где    V₁, V₂- объемы цилиндрической и конической части, м³.

где    r, r₁   - радиусы верхнего и нижнего основания усеченного конуса,   

3.2.2. Определение силы веса материала в камере смешивания

Определим массу материала, находящегося в смесителе [11]:

где    γ- плотность материала, кг/м³ (γ=600 кг/м³)

Сила веса материала:

где    g- ускорение свободного падения, м/с².

3.2.3. Определение динамических нагрузок на тело шатуна

где    G₁  - сила веса от массы шатуна и других подвижных деталей, создающих

             дополнительное давление на вал.

где    m₁, m₂- масса шатуна и других подвижных деталей, создающих дополнительное

                давление на вал (масса шатуна ГАЗ-53 равна 0,91 кг масса других

                деталей принимается равной 4,09 кг).

3.2.4. Расчет шатуна

При работе смесителя шатун подвергается воздействию знакопеременных и инерционных сил, а в отдельных случаях эти силы создают ударные нагрузки. Поэтому шатуны изготовляют из марганцовистых, хромистых, хромоникелевых сталей с содержанием углерода 0,3 – 0,45 %. Для повышения усталостной прочности при достаточной вязкости и пластичности стальные шатуны подвергают в процессе штамповки промежуточной термообработке, а после штамповки – полированию, обдувке дробью, нормализации, закалке и отпуску.

В нашем случае мы принимаем стандартный шатун от автомобиля ГАЗ-53 (см. рисунок 3.3).

Определим напряжение в поперечном сечении шатуна:

где    F_п - площадь нижнего основания смесителя, м² (S_СМ=0,02 м²)

  Исходные данные:

 - максимальное давление на режиме n =1028,1 мин^-1

при φ =330°;

m_п = 65,89 кг – масса группы, действующей на шатун;

m_ш = 0,91 кг – масса шатунной группы;

n_{xx max} = 1028,1 мин^-1 – максимальная частота вращения ;

S = 0,1 м – ход нижнего основания смесителя;

R=0,05 м – радиус кривошипа;

F_п = 0,02 м²- площадь нижнего основания смесителя;

λ = 0,342;

d_п = 23 мм-диаметр поршневого пальца;

l_ш = 31 мм – длина поршневой головки шатуна;

      d_г = 33 мм – наружный диаметр головки;

d = 30 мм – внутренний диаметр головки;

h_г = 3,5 мм - радиальная толщина стенки головки;

      s_в = 1,5 мм - радиальная толщина стенки втулки.

       Рисунок 3.3 - Расчетная схема шатунной группы 

Материал шатуна – углеродистая сталь 40Х;

Е_ш = 2,2*10⁵ Н/мм2; α_т = 1*10^-5 1/К.

Материал втулки – бронза; Е_в = 1,15*10⁵ Н/мм2; α_в = 1,8*10^-5 1/К.

Для углеродистой стали 40Х:

- предел прочности ;

- пределы усталости при изгибе  = 350 Н/мм² и растяжении – сжатии  

  =300 Н/мм²;

- предел текучести =800Н/мм2;

- коэффициенты приведения цикла при изгибе = 0,21 и растяжении –  

   сжатии = 0,13.

при изгибе,

при растяжении — сжатии

Расчет сечения I – I

 Максимальное напряжение пульсирующего цикла [11]: 

2. Среднее напряжение и амплитуда напряжений:

 - эффективный коэффициент концентрации напряжений; 

 - масштабный коэффициент (выбирается относительно l_ш) ;

 - коэффициент поверхностной чувствительности (грубое  обтачивание).  ,

тогда запас прочности проводится по пределу усталости:

Расчет кривошипной головки шатуна 

Исходные данные:

        d_шш = 52мм – диаметр шатунной шейки;

  t_в = 2,5 мм – толщина стенки вкладыша;

  С_б = 38 мм – расстояние между шатунными болтами;

  l_к = 32  мм – длина кривошипной головки. 

1. Максимальная сила инерции 

2. Момент сопротивления изгиба в расчетном сечении без учета ребер    вкладыша.

где    r₁- внутренний радиус кривошипной головки шатуна, мм.  

3.Моменты инерции вкладыша и крышки:

Напряжение изгиба крышки и вкладыша в сечении II – II с учетом деформации вкладыша:

Расчет стержня шатуна

Исходные данные:

L_ш = 160мм – длина шатуна;

h_шmin = 20 мм;

h_ш = 26 мм;

b_ш = 20 мм;

a_ш = 5 мм;

t_ш  = 5 мм;

d = 30 мм - внутренний диаметр головки;

d₁ = 53 мм

Материал – Сталь 40Х 

1. Сжимающая сила шатуна достигает максимальное значение в начале    рабочего хода.

2. Растягивающая сила шатуна достигает максимальное значение в начале    впуска.

Значение давления Р_г и Р_j выбирается из таблицы динамического расчета для φ=0º и φ=330º 

  3. От сжимающих сил Р_сж в сечении В-В возникают максимальные напряжения   

   сжатия продольного изгиба.

Площадь расчетного среднего сечения В-В 

F_ср =h_шb_ш-(b_ш-a_ш)·(h_ш-2t_ш) =  28·10^-5м². 

F_ср =(26·20-(20-5)·(26-2·5)) ·10^-5=  28·10^-5м². 

3.1. В плоскости  качания шатуна. 

- Моменты инерции (J_х) расчетного сечения В-В относительно оси х-х перпендикулярной плоскости качения шатуна. 

J_x = [b_шh_ш³ – (b_ш-a_ш)·(h_ш-2t_ш)³]/12 = 24133 мм⁴ ≈ 24·10^-9 м⁴, 

J_x = [20·26³ – (20-5)·(26-2·5)³]/12 = 24133 мм⁴ ≈ 24·10^-9 м⁴. 

   - Коэффициент К_х учитывает влияние продольного изгиба в плоскости  качания шатуна. 

K_x = 1+(σ_e·L_ш²· F_ср/(π²E_шJ_x ))= 1+(980·160²·280/(3,14²·2,2·10⁵·24133))= 1,103. 

σ_e = σ_B = 980 Н/мм2 – предел усталости материала. 

   - Максимальное напряжение от сжимающей силы в сечении В-В в  плоскости качания  шатуна 

σ_{max x}  = K_xP_сж/F_ср = 1,103·0,03/28·10^-5 = 118,9 Н/мм2200350Н/мм².

3.2. В плоскости, перпендикулярной плоскости качания шатуна. 

    - Моменты инерции (J_у) расчетного сечения В-В относительно оси у-у лежащей в плоскости качения шатуна.

J_y = [h_шb_ш³ – (h_ш-2t_ш)·(b_ш-a_ш)³]/12 =12833 мм⁴ = 13·10^-9 м⁴

J_y = [26·20³ – (26-2·5)·(20-5)³]/12 =12833 мм⁴ = 13·10^-9 м⁴   

    - Коэффициент К_у учитывает влияние продольного изгиба шатуна в плоскости  перпендикулярной плоскости его шатуна.

K_y=1+(σ_e·L₁²·F_ср/(π²E_ш·4J_y))= 1+(980·113,38²·280/(3,14²·2,2·10⁵·4·13000))  =1,02. 

        L₁- длина стержня шатуна между поршневой и кривошипной головками (L₁=113,38 мм). 

   - Максимальное напряжение от сжимающей силы в сечении В-В в   плоскости, перпендикулярной плоскости качания шатуна:  

     σ_{max y}  =  K_yP_сж/F_ср = 1,01·0,03/28·10^-5 = 109,03 Н/мм2200350Н/мм² .

4. Минимальное напряжение от растягивающей силы в сечении В-В. 

σ_min = P_p/F_ср = -0,012/28·10^-5 = -43 Н/мм². 

Среднее напряжение и амплитуды цикла: 

σ_mx = (σ_{max x} + σ_min)/2 = (118,9-43)/2 = 80,95 Н/мм²,

σ_my = (σ_{max y} + σ_min)/2 = (109,03+43)/2 = 36,04 Н/мм²,

σ_ax  = (σ_{max x} - σ_min)/2 = (118,9-43)/2 = 33,95 Н/мм²,

σ_aу  = (σ_{max у} - σ_min)/2 = (109,03-43)/2 = 66,03 Н/мм². 

Амплитудное напряжения с учетом  концентрации напряжения, масштабного и технологического факторов.  

σ_aкх = σ_aхk_σ/ε_Mε_П = 33,95·1,3/(0,86·1,3) = 44,12 Н/мм², 

σ_aку = σ_aуk_σ/ε_Mε_П = 66,03·1,3/(0,86·1,3) = 36,83 Н/мм². 

k_σ = 1,2 + 1,8·10^-4·(980 – 400) = 1,3 – концентрация напряжения 

ε_M = 0,86 - масштабный коэффициент (выбирается относительно h_ш)

ε_П = 1,3 - коэффициент поверхностной чувствительности (для азотирования) 

(β_σ-α_σ) /(1- β_σ)=0,328,

Так как         σ_aкх/σ_mx = 44,12/80,95 = 0,55 >(β_σ-α_σ) /(1- β_σ);        и                   σ_aку/σ_my = 1,01>(β_σ-α_σ) /(1- β_σ),  

то запасы прочности в сечении В-В определяются по пределу усталости:  

n_σx = σ_-1p/(σ_aкх+α_σσ_mx) =300/(44,12+0,13·80,95) = 5,18>1,5,

n_σy= σ_-1p/(σ_aкy+α_σσ_my) = 300/(36,83+0,13·36,04) = 3,34>1,5. 

3.2.5. Расчет клиноременной передачи 

Исходные данные: N_дв=0,55; D₁=96 мм, D₂=140 мм, n_дв=n₁=1490 об/мин, n₂=1028,1 мин^-1.

Рисунок 3.4- Расчётная схема клиноременной передачи  

Расчётную длину ремня находим по формуле [9]:

где D₁, D₂- диаметры шкивов, мм

Принимаем по ГОСТ 12843-80 L=1060 мм.

Угол обхвата на малом шкиве:

Угол между ветвями ремня равен:

Передаточное число:

Число пробегов ремня в единицу времени:

По числу пробегов ремень удовлетворяет требованиям долговечности (3,06<15). По мощности двигателя, его оборотам выбираем сечение ремня,

Принимаем сечение Б: h=10,5 мм, b_р=14 мм, φ=40º,  b=13 мм, F=1,38 см² .

Число перегибов ремня [15]:

где m- число шкивов в пределах передачи, включая натяжные ролики.

Мощность на ведомом валу:

где  ή- к.п.д. равный 0,85-0,95,

Крутящие моменты М₁ и М₂ на ведущем и ведомом валах:

Рабочее полезное напряжение с учетом влияния угла обхвата, скорости и режима работы передачи:

где С₁- коэффициент, учитывающий влияние угла обхвата;

     С₂- коэффициент, учитывающий режим работы передачи;

     С₃- коэффициент, учитывающий влияние скорости ремня:

Окружное усилие: 

Рабочая мощность, передаваемая одним ремнём:

Число ремней, одновременно участвующих в передаче:

 (шт), принимаем z=1шт. 

Оценка долговечности работы ремня:

где Т₀- расчетная долговечность клинового ремня для передачи из двух шкивов, при

          передаточном числе i=1, числе пробегов ремня m=1 и постоянном режиме

          нагрузки, ч;

       ξ_i- коэффициент влияния передаточного числа на долговечность ремня;

       ξ_Н- коэффициент влияния непостоянства нагрузки на долговечность ремня;

       ξ_i- коэффициент, учитывающий влияние конструкции ремня на долговечность.

3.2.6. Расчет вала смесителя 

Прикладываем силы (см. рисунок 3.4), действующие на вал от шатуна и шкива привода. Приводим силы к оси вала раздельно в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Исходные данные для расчета: a=0, 04 м; b=0,09 м; с=0,03 м; F=654,64 Н; Т_кр=40 Н*м.

Определим силу от клиноременной передачи:

где     F₀- сила предварительного натяжения ремня, Н;

         β- угол между ветвями ремня, град.

где     σ₀- начальное напряжение в ремне, Па σ₀=1,5 Н/мм2);

         S- площадь сечения ремня, м² (S=1,38 см²).

Определяем реакции, действующие в вертикальной плоскости см. рисунок 3.4 для этого составляем уравнения: 

-F^в*а+R_В^В*b-F_В*(b+c)=0,                                (3.28) 

R_В^в==1021,95 (Н),

-F*(a+в)+R_A^В*b- F_В*c=0,                                (3.29) 

R_А^в==625,36 (Н). 

Правильность расчетов проверяем 0.

Строим эпюру изгибающих моментов.

-        Определяем реакции действующие в горизонтальной плоскости для этого составляем уравнения.

Так как сил, действующих в горизонтальной плоскости нет, то и реакции опор будут равны нулю. 

Строим эпюру изгибающих моментов в горизонтальной плоскости.

Строим эпюру крутящих моментов.

-     Строим эпюру суммарных моментов:

Эпюра суммарных моментов будет равна эпюре изгибающих моментов в вертикальной плоскости.

Из проведенных расчетов следует, что наиболее опасное сечение вала находится в точке С.

Наибольшая нагрузка, действующая на вал находится в точке В.

Принимаем диаметр вала 20 мм. Выбираем Сталь 45 σ_в = 600 Н/мм2; σ_т = 360 Н/мм2.

Проверяем вал на прочность для выбранного диаметра при сложном сопротивлении

Рисунок 3.4 -  Расчетная схема и построение эпюр 

Нормальные напряжения (изгиба)

σ_max=M_max/W, Н/мм²,                                       (3.32)

W=πd³/32, мм³,                                             (3.33)

W=3,14*20³/32 = 385 (мм³),

σ_max=49,28/385=0,06 (Н/мм²).

Касательные напряжения (кручения) 

τ_max = M_кр/W_p, Н/мм²,                                    (3.34)

W_p = π*d³/16, мм³,                                       (3.35)

W_p =3,14*20³/16=1530 (мм³),

τ_max =49,28/1530=0,03 Н/мм². 

Для проверки прочности вала воспользуемся IV-ой теорией прочности.

Проверяем вал на усталостную прочность:

Запас сопротивления  усталости определяется по формуле:

где    запас сопротивления усталости по изгибу;

        запас сопротивления усталости по кручению,

       допускаемый коэффициент запаса.

где    σ_а,τ_а – амплитуды переменных составляющих цикла напряжений;

        σ_а,τ_а – постоянные составляющие;

 ψ_σψ_τ – коэффициенты, корректирующие влияние постоянной составляющей;

        σ_-1, τ_-1 – пределы выносливости;

       К_d – масштабный фактор;

       К_f – фактор шероховатости поверхности;

 К_σ, К_τ – эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и

         кручении.

Амплитуды переменных составляющих и постоянные составляющие цикла напряжений определяем следующим образом:

а) при изгибе:

σ_m = 0 (нет растягивающих усилий) 

σ_a = σ = 33,8 Н/мм²,

б) при кручении: 

τ_m = τ_a = 0,5 • τ = 0,5 • 12,6 = 6,3 Н/мм². 

Значения ψ_σ и ψ_τ зависят от механических характеристик материала:  

ψ_σ = 0,1,  ψ_τ = 0,05 – для среднеуглеродистых сталей. 

Пределы выносливости определяют следующим образом: 

σ_-1 = 0,5 • σ_в = 0,5 • 600 = 300 Н/мм²,

τ_-1 = 0,3 • σ_в = 0,3 • 600 = 180 Н/мм². 

В опасном сечении вала имеется галтель, поэтому К_σ = 1,85, К_τ = 1,4. Диаметр вала d = 20 мм, К_d = 0,98. для чистовой обточки К_f = 0,93. Определяем запас сопротивления усталости по изгибу:

Определяем запас сопротивления усталости по кручению:

Запас сопротивления усталости:

S > [S] – условие по запасу прочности выполняется. 

3.2.7. Расчет подшипников 

Исходные данные:

F_r = 1021,95 Н – радиальная нагрузка на наиболее нагруженный подшипник;

n = 1028,1 об/мин – частота вращения вала;

d = 20 мм – посадочный диаметр вала;

L = 500 часов. 

1. Предварительно назначаем подшипники шариковые радиальные однорядные средней серии диаметров № 204 [14]: 

С₀ = 6200 Н, n_пред = 12500 об/мин. 

2. Определяем эквивалентную нагрузку на подшипник:

где  F_r, F_a – радиальная и осевая силы;

      х, у – коэффициенты радиальной и осевой силы;

      v – коэффициент вращения, v = 1 вращается внутреннее кольцо;

      К_б – коэффициент безопасности, К_б = 1,3 умеренные толчки;

      К_m – температурный коэффициент, К_m = 1 (t < 100⁰С)

Определяем коэффициенты х, у.

Найдем отношение

Эквивалентная нагрузка:

3. Определяем радиус подшипника:

где т = 3 – для шарикоподшипников

L_k > L – условие долговечности выполняется 

3.2.8. Расчет шпонки 

Исходные данные:

D = 20 мм - диаметр.

Т = 40 Н*м - передаваемый крутящий момент.

По диаметру вала подбираем призматическую шпонка ГОСТ8388-68:

b = 6 мм – ширина шпонки, h = 6 мм – высота шпонки, t = 3,5 мм – глубина паза вала. 

Конструктивно принимаем длину шпонки, l = 32 мм

Проверяем шпонку на смятие:

где Н/мм² - допускаемое напряжение на смятие

σ_см < [σ]_см – условие прочности выполняется.....................................