Пояснительная записка (в программе Word) 88 стр., 15 табл., 6 рис., 16 источников
Чертежи (в программе Компас) 12 листов
ВУЗ ФГБОУ ВПО КазГАУ
Спецификация 3 листа
Содержание
Отсутствует анализ хозяйственной деятельности предприятия
2. Технологическая часть
2.1. Зоотехнические требования к технологии приготовления кормов
2.2 Обзор и анализ существующих способов и схем кормоцехов
2.2.1 Определение размера территории фермы
2.2.2 Определение сооружений фермы
2.3 Механизация водоснабжения
2.4 Вентиляция и отопление
2.4.1 Определение величины часового воздухообмена
2.4.2 Расчёт вытяжных каналов
2.4.3 Расчет вентиляции
2.4.4 Расчет отопления
2.5 Механизация приготовления кормов
2.5.1 Расчёт количества кормов
2.5.2 Разработка технологии обработки кормов
2.6 Механизация погрузочно-разгрузочных работ и раздачи кормов
2.6.1 Погрузочно-разгрузочные работы
2.6.2 Механизация раздачи кормов
3. Конструкторская часть
3.1 Описание смесителя-дозатора премиксов
3.2. Расчеты основных параметров смесителя
3.2.1. Определение емкости смесителя
3.2.2. Определение силы веса материала
3.2.3. Определение динамических нагрузок
3.2.4. Расчет шатуна
3.2.5. Расчет клиноременной передачи
3.2.6. Расчет вала смесителя
3.2.7. Расчет подшипников
3.2.8. Расчет шпонки
4. Безопасность жизнедеятельности
4.1 Организация работы по созданию безопасных условий труда.
4.2 Анализ производственного травматизма
4.3 Инструкция по охране труда
4.4 Пожарная безопасность
5. Экологическая часть
5.1 Нормативно-правовая основа
5.2 Анализ экологического вреда
5.3. Влияние смесителя-дозатора премиксов на окружающую среду
5.4 Предлагаемые меры по снижению экологического вреда
5.5. Роль и ответственность инженера-механика за экологичность природопользования
6. Технико-экономическое обоснование
6.1. Экономическое обоснование конструкции
6.2 Экономическое обоснование дипломного проекта
Состав чертежей
- Классификационная схема дозаторов А1
- Предлагаемая технологическая схема комбикормового агрегата А1
- Чертеж общего вида смесител-дозатора премиксов А1
- Сборочный чертеж эксцентрикового привода А1
- Технологическая схема комбикормового агрегата А1
- Сравнительные технико-экономические показатели А1
- Деталь втулка А4
- Корпус А3
- Чертеж оси А4
- Деталировка крышка А4
- Деталь вал А3
- 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:
- 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;
- 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
- 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 пж в зависимости от заданного числа голов скота и вместимости выбранных построек определяется по формуле [2]:
nЖ = m/mп, (2.3)
где m - количество данного вида животных;
mп - вместимость постройки (выбирается в соответствии с принятой на ферме системой содержания животных).
nЖ = 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 lп по формуле:
lП = m1·bС +∆l , (2.4)
где m1 - число животных в одном ряду;
bС – ширина стойла (1,2 м);
∆l – часть длины здания, занятая подсобными помещениями и поперечными проходами (принимается равной 12 м).
Длина lп помещений находится:
lп = 100·1,2+12 = 132 м.
Площадь навозохранилища находится по формуле:
FНХ = ((qП+qМ+qН)·m·D)/1000·γН·bН, (2.5)
где qП - норма подстилки в сутки, равная 2 кг/гол.;
qМ - суточных выход мочи от 1 гол., 20 кг;
qН - суточный выход навоза от 1 гол., 35 кг;
D - продолжительность хранения навоза, 100 дн.;
γН - объемная масса навоза, 1 т/м3;
bН - высота укладки навоза, 1,5 м [12].
FНХ = ((2+20+35)·400·100)/1000·1·1.5 = 1520 м2.
Ширина хранилища, принимается равной 15 м, тогда длина его будет:
lН = FНХ/bНХ, (2.6)
lН = 1520/15 = 101,3 м.
Принимаем два хранилища и их длина: lН = 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:
Gгод = 0,24·m·k·qС, (2.7)
где k - коэффициент, учитывающий потери силоса или сенажа (1,12);
qС - 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: Gгод = 0,24·400·1,12·16,85 = 1812 т.
Годовой запас сенажа: Gгод = 0,24·400·1,12·8,44 = 908 т.
б) число траншей:
nСТ = Gгод/GТП, (2.8)
где GТП – вместимость одной траншеи, т
nСТ = 1812/2000 = 0,91 = 1 шт,
nСТ = 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:
FК = 0,24·qК·m/∆PК , (2.9)
где qК - суточная норма корнеклубнеплодов на 1 гол., кг;
∆PК - нагрузка для хранилища закромного типа (1,5-2 т/м).
FК = 0,24·9,6·400/1,5 = 614,4 м2.
Ширина хранилища равна 12 м.
Длина равна:
lK = 614,4/12 = 52 м.
Число и размеры скирд сена и соломы определяются также по удельной нагрузке. Наибольшая длина скирды составляет lС = 60м, ширина bС = 8м.
Число скирд вычисляется по формуле:
nС = 0,24·qС·m·KС/(∆PС-bС·lС), (2.10)
где qС - суточная норма сена или соломы на 1 гол., кг.;
KС - коэффициент, учитывающий текущий запас грубых кормов (0,5 - 1,0);
∆PС - удельная нагрузка (для сена - 0,2 т/м2, для соломы - 0,25 т/м2).
Сено: nС = 0,24·4,38·400·0,5/(0,2·8·60) = 1,99 (2 скирды).
Солома: nС = 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 - Fвыг = 6000 м2;
- дороги и площадки с твердым покрытием - F2 = 6200 м2;
- внешнее ограждение ферм - Lф = 1096 пог. м.
2.3 Механизация водоснабжения и поения животных
Суточная потребность в воде определяется по формуле [2]:
QСР.СУТ =∑qВ·mi,, (2.11)
где qВ - норма расхода воды на 1 гол., л (100 л/гол. в сутки для коров);
mi - количество потребителей i-й группы.
QСР.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:
QmахСУТ = QСР.СУТ ·КС, (2.12)
где КС - коэффициент суточной неравномерности, принимают равным 1,3.
QmахСУТ = 40000·1,3 = 52000 л/сут.
Наибольший часовой расход воды:
Qmах.Ч = QmахСУТ·КЧ/Т, (2.13)
где КЧ - коэффициент суточной неравномерности, принимаем равным 2,5 при наличии автопоилок;
Т - продолжительность водопотребления, принимаем равной 24 ч.
Qmах.Ч = 52000∙2,5/24 = 5416 л/ч.
Определяется производительность насосной станции, для чего в последнюю формулу вместо Т подставляем ТН – продолжительность работы станции.
Время работы насосной станции принимается равным 14 ч.
QН = QmахСУТ·KЧ/TЧ,, (2.14)
QН = 52000·2,5/14 = 9285,7 л/ч.
По величинам QН 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:
QmахС = Qmах.Ч/(3,6·106), (2.15)
QmахС = 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·(√QmахС/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:
VБ = (0,15…0,2)·QmахСУТ, (2.17)
VБ = 0,2·52000 = 10,4 м3.
Полученная ёмкость бака округляется до стандартной. Принимаем ёмкость резервуара: VБ = 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:
nА = m/2, (2.18)
nА = 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 8-10ºС, 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 = KП·W·mП/(WДОП-WО), (2.19)
где KП - 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);
WДОП - допустимое количество влаги в помещении (8 г/м3);
WО - 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·mП·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:
FВ = Lmax/(3600·V), (2.22)
где Lmax - 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·(tВН-tН)/273), (2.23)
где h - высота канала (3 м);
tВН - температура воздуха внутри помещения (10 ºС);
tН - температура воздуха снаружи помещения (-23 ºС).
υ = 2,2·√(3·(10-(-23))/273) = 1,325 м/с.
Общая площадь сечения канала для помещений составит:
FВ = 20400/(3600·1,325) = 4,28 м3.
Количество вытяжных каналов на одно помещение:
n = FВ/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]:
LП.УС = 1,15·Lmax, (2.25)
где Lmax - максимальная подача вытяжной вентиляции.
LП.УС = 1,15·20400 = 23460 м3/ч.
Вентиляторы приточных установок подбираем по производительности и создаваемому напору.
Производительность одного вентилятора:
LВ = LП.УС/nП.УС, (2.26)
где nП.УС - число приточных установок.
LВ = 23460/2 = 11730 м3/ч,
Диаметр воздухопровода определяется по формуле:
d = 1/30·√(LВ/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 НТР и потерь напора от местных сопротивлений hМ:
Н = НТР+hМ = γ·υ12/2g·(λ·l/d+∑λМ), (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;
∑λМ - сумма коэффициентов местных сопротивлений, равная 4.
Н = (1,3·152/2·9,81)·(0,03·120/0,53+4) = 161 Па.
По полученным величинам LВ 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]:
QО = QЗ+QВ-QЖ, (2.29)
где QЗ - потери тепла через ограждающие конструкции помещения, кДж/ч;
QВ - потери тепла на вентиляцию, кДж/ч;
QЖ - количество тепла, выделяемое животными, кДж/ч.
Потери тепла QЗ, кДж/ч, через ограждающие конструкции:
QЗ = ∑Кi·Fi·(tВН-tН), (2.30)
где Кi - коэффициент теплоотдачи ограждений, кДж/(м2·ч °С);
Fi - поверхность ограждения, м2;
tН - наружная расчетная отопительная температура (-36 °С);
tВН - расчетная температура внутри помещения (10 °С).
Расчеты необходимые для определения Кi·Fi, 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:
QЗ = 9555,6·(10+36) = 439557,6 кДж/ч.
Потери тепла QВ (кДж/ч) на вентиляцию:
QВ = С·LП.УС∙·γ·(tВН-tН), (2.31)
где С – теплоёмкость воздуха (1,005 кДж/(кг·°С));
LП.УС - величина воздухообмена, полученная в предыдущих расчётах;
γ - средний объемный вес воздуха (1,2-1,3 кг/м3);
tВН - внутренняя температура помещения (10 °С);
tН - расчётная вентиляционная температура наружного воздуха (-23 °С).
QВ = 1,005·23460·1,2·(10+23) = 933661,08 кДж/ч.
Тепловыделения от животных:
QЖ = q·mП, (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).
QЖ = 3440·200 = 688000 кДж/ч.
QО = 439557,6+933661,08-688000 = 685218,68 кДж/ч.
Теплопроизводительность одной приточной установки определяется по формуле:
QП.УС = QО/nП.УС (2.33)
QП.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 = qi·ПС·mi, (2.34)
где qi - норма расхода кормов на единицу продукции, корм.ед. (1,45 корм.ед./кг молока);
ПС - суточная продуктивность одного животного, кг;
mi - 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):
ПС = ПГ/ДЛ,, (2.35)
ПС = 2800/300 = 9,3 кг/сут.
Продуктивность за стойловый период (240 дн.) принимается равной 65% от годовой, за пастбищный период (125 дн.) - 35% от ПГ:
ПСТ = 0,65·2800 = 1820 кг/год,
ПП = 0,35·2800 = 980 кг/год.
Содержание кормовых единиц в компонентах рациона в расчете на одну голову определяется:
Кi = 0,01·qi·φi·ПС, (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 Аi СУТ, кг, (графа 5) одного потребителя находится:
Аi СУТ = Кi/Цi, (2.37)
где Цi - питательная ценность i-го вида корма, корм.ед./кг (графа 4).
Суточная потребность в кормах АСУТ, т, на все поголовье для стойлового периода определяется (графа 6):
АСУТ = 0,001·Аi СУТ·m, (2.38)
где m - число голов на ферме.
Находится общий расход кормов АС.П, т, за стойловый период (графа 7):
АС.П. = DЗ·АСУТ, (2.39)
где DЗ - 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:
АРАЗ = ∑АСУТ/2, (2.40)
АРАЗ = 19,25/2 = 9,625 т.
Часовую производительность кормоцеха определяем исходя из массы корма на одну выдачу и продолжительности его переработки Т (2ч):
QК = АРАЗ/Т, (2.41)
QК = 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) QП = 5 т/ч определяем действительное время его работы [3]:
ТП = АРАЗ/QП, (2.42)
ТП = 9,625/5 = 1,9 ч.
Часовая производительность поточных технологических линий (ПТЛ) кормоцеха определяем по формуле:
QПТЛ = АРАЗ/Т (2.43)
Для зерновых: QПТЛ = 0,54/1,9 = 0,28 т/ч;
Для грубых кормов: QПТЛ = (0,875+1,23)/1,9 = 1,1 т/ч;
Для сочных кормов: QПТЛ = (3,37+1,69)/1,9 = 2,7 т/ч;
Для корнеплодов: QПТЛ = 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]:
ТП =∑Аi/Qi, (2.44)
где Аi - суточное количество отдельного вида груза, т;
Qi - производительность машины при погрузке отдельного вида груза, т/ч.
Для зерновых: ТП = 1,08/15 = 0,072 ч.
Для грубых кормов: ТП = (1,75+2,46)/8 = 0,53 ч.
Для сочных кормов: ТП = (6,74+3,38)/25 = 0,4 ч.
Количество погрузчиков необходимое для погрузки одного или нескольких видов груза, определяется по выражению:
nП = ТП/nС·ТС·τ, (2.45)
где nС - число смен;
ТС - продолжительность смены, ч;
τ - коэффициент использования времени смены (0,8 - 0,9).
ЗСК-Ф-10А: nП = 0,072/1·7·0,8 = 0,013 шт. (1 погрузчик).
ПКУ-0,8: nП = (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:
nР = m/mi , (2.46)
где mi -норма нагрузки на один кормораздатчик.
nР = 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 = mР·lК, (2.47)
где mР - количество животных в одном ряду;
lК - 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:
mЦ = VК·γ·β/q1 , (2.48)
где VК - 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).
mЦ = 10·400·0,85/24,1 = 141 гол.
б) удельную норму расхода корма:
qУД = qmax/lК, (2.49)
где qmax - максимальная норма разового кормления на одно животное, кг.
qУД = 24,1/1,2 = 20,1 кг/м.
в) скорость продольного транспортера кормораздатчика:
VПР = qУД·VА/3,6·В·Н·γ, (2.50)
где VА - 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).
VПР = 20,1·2/3,6·2,3·1,95·400 = 0,006 м/с.
г) затраты времени на один цикл раздачи кормов [5]:
ТЦ = S·(1/VА+1/VХХ)+G/QТР+L/V, (2.51)
где S - расстояние от кормоцеха до места раздачи, км;
VА - скорость нагруженного агрегата в пути (5-10 км/ч);
VХХ - скорость порожнего агрегата (13-22 км/ч);
G - грузоподъемность раздатчика, кг;
QТР - подача выгрузного транспортера кормоцеха, кг/ч;
L - длина пути выдачи кормосмеси, км;
V - скорость агрегата при выдаче (1,3-3,0 км/ч).
ТЦ = 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:
QК = VК·γ/ТЦ, (2.52)
QК = 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 Fп - площадь нижнего основания смесителя, м2 (SСМ=0,02 м2)
Исходные данные:
- максимальное давление на режиме n =1028,1 мин-1
при φ =330°;
mп = 65,89 кг – масса группы, действующей на шатун;
mш = 0,91 кг – масса шатунной группы;
nxx max = 1028,1 мин-1 – максимальная частота вращения ;
S = 0,1 м – ход нижнего основания смесителя;
R=0,05 м – радиус кривошипа;
Fп = 0,02 м2- площадь нижнего основания смесителя;
λ = 0,342;
dп = 23 мм-диаметр поршневого пальца;
lш = 31 мм – длина поршневой головки шатуна;
dг = 33 мм – наружный диаметр головки;
d = 30 мм – внутренний диаметр головки;
hг = 3,5 мм - радиальная толщина стенки головки;
sв = 1,5 мм - радиальная толщина стенки втулки.
Рисунок 3.3 - Расчетная схема шатунной группы
Материал шатуна – углеродистая сталь 40Х;
Еш = 2,2*105 Н/мм2; αт = 1*10-5 1/К.
Материал втулки – бронза; Ев = 1,15*105 Н/мм2; αв = 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 lш) ;
- коэффициент поверхностной чувствительности (грубое обтачивание). ,
тогда запас прочности проводится по пределу усталости:
Расчет кривошипной головки шатуна
Исходные данные:
dшш = 52мм – диаметр шатунной шейки;
tв = 2,5 мм – толщина стенки вкладыша;
Сб = 38 мм – расстояние между шатунными болтами;
lк = 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:
Lш = 160мм – длина шатуна;
hшmin = 20 мм;
hш = 26 мм;
bш = 20 мм;
aш = 5 мм;
tш = 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 Рг и Рj выбирается из таблицы динамического расчета для φ=0º и φ=330º
3. От сжимающих сил Рсж в сечении В-В возникают максимальные напряжения
сжатия продольного изгиба.
Площадь расчетного среднего сечения В-В
Fср =hшbш-(bш-aш)·(hш-2tш) = 28·10-5м2.
Fср =(26·20-(20-5)·(26-2·5)) ·10-5= 28·10-5м2.
3.1. В плоскости качания шатуна.
- Моменты инерции (Jх) расчетного сечения В-В относительно оси х-х перпендикулярной плоскости качения шатуна.
Jx = [bшhш3 – (bш-aш)·(hш-2tш)3]/12 = 24133 мм4 ≈ 24·10-9 м4,
Jx = [20·263 – (20-5)·(26-2·5)3]/12 = 24133 мм4 ≈ 24·10-9 м4.
- Коэффициент Кх учитывает влияние продольного изгиба в плоскости качания шатуна.
Kx = 1+(σe·Lш2· Fср/(π2EшJx ))= 1+(980·1602·280/(3,142·2,2·105·24133))= 1,103.
σe = σB = 980 Н/мм2 – предел усталости материала.
- Максимальное напряжение от сжимающей силы в сечении В-В в плоскости качания шатуна
σmax x = KxPсж/Fср = 1,103·0,03/28·10-5 = 118,9 Н/мм2200350Н/мм2.
3.2. В плоскости, перпендикулярной плоскости качания шатуна.
- Моменты инерции (Jу) расчетного сечения В-В относительно оси у-у лежащей в плоскости качения шатуна.
Jy = [hшbш3 – (hш-2tш)·(bш-aш)3]/12 =12833 мм4 = 13·10-9 м4
Jy = [26·203 – (26-2·5)·(20-5)3]/12 =12833 мм4 = 13·10-9 м4
- Коэффициент Ку учитывает влияние продольного изгиба шатуна в плоскости перпендикулярной плоскости его шатуна.
Ky=1+(σe·L12·Fср/(π2Eш·4Jy))= 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:
σmax y = KyPсж/Fср = 1,01·0,03/28·10-5 = 109,03 Н/мм2200350Н/мм2 .
4. Минимальное напряжение от растягивающей силы в сечении В-В.
σmin = Pp/Fср = -0,012/28·10-5 = -43 Н/мм2.
Среднее напряжение и амплитуды цикла:
σmx = (σmax x + σmin)/2 = (118,9-43)/2 = 80,95 Н/мм2,
σmy = (σmax y + σmin)/2 = (109,03+43)/2 = 36,04 Н/мм2,
σax = (σmax x - σmin)/2 = (118,9-43)/2 = 33,95 Н/мм2,
σaу = (σmax у - σmin)/2 = (109,03-43)/2 = 66,03 Н/мм2.
Амплитудное напряжения с учетом концентрации напряжения, масштабного и технологического факторов.
σaкх = σaхkσ/εMεП = 33,95·1,3/(0,86·1,3) = 44,12 Н/мм2,
σaку = σaуkσ/εMεП = 66,03·1,3/(0,86·1,3) = 36,83 Н/мм2.
kσ = 1,2 + 1,8·10-4·(980 – 400) = 1,3 – концентрация напряжения
εM = 0,86 - масштабный коэффициент (выбирается относительно hш)
εП = 1,3 - коэффициент поверхностной чувствительности (для азотирования)
(βσ-ασ) /(1- βσ)=0,328,
Так как σaкх/σmx = 44,12/80,95 = 0,55 >(βσ-ασ) /(1- βσ); и σaку/σmy = 1,01>(βσ-ασ) /(1- βσ),
то запасы прочности в сечении В-В определяются по пределу усталости:
nσx = σ-1p/(σaкх+ασσmx) =300/(44,12+0,13·80,95) = 5,18>1,5,
nσy= σ-1p/(σaкy+ασσmy) = 300/(36,83+0,13·36,04) = 3,34>1,5.
3.2.5. Расчет клиноременной передачи
Исходные данные: Nдв=0,55; D1=96 мм, D2=140 мм, nдв=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, bр=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;
ξi- коэффициент влияния передаточного числа на долговечность ремня;
ξН- коэффициент влияния непостоянства нагрузки на долговечность ремня;
ξi- 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; Ткр=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:
-Fв*а+RВВ*b-FВ*(b+c)=0, (3.28)
RВв==1021,95 (Н),
-F*(a+в)+RAВ*b- FВ*c=0, (3.29)
RАв==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 σв = 600 Н/мм2; σт = 360 Н/мм2.
Проверяем вал на прочность для выбранного диаметра при сложном сопротивлении
Рисунок 3.4 - Расчетная схема и построение эпюр
Нормальные напряжения (изгиба)
σmax=Mmax/W, Н/мм2, (3.32)
W=πd3/32, мм3, (3.33)
W=3,14*203/32 = 385 (мм3),
σmax=49,28/385=0,06 (Н/мм2).
Касательные напряжения (кручения)
τmax = Mкр/Wp, Н/мм2, (3.34)
Wp = π*d3/16, мм3, (3.35)
Wp =3,14*203/16=1530 (мм3),
τmax =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 σа,τа – амплитуды переменных составляющих цикла напряжений;
σа,τа – постоянные составляющие;
ψσψτ – коэффициенты, корректирующие влияние постоянной составляющей;
σ-1, τ-1 – пределы выносливости;
Кd – масштабный фактор;
Кf – фактор шероховатости поверхности;
Кσ, Кτ – эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и
кручении.
Амплитуды переменных составляющих и постоянные составляющие цикла напряжений определяем следующим образом:
а) при изгибе:
σm = 0 (нет растягивающих усилий)
σa = σ = 33,8 Н/мм2,
б) при кручении:
τm = τa = 0,5 • τ = 0,5 • 12,6 = 6,3 Н/мм2.
Значения ψσ и ψτ зависят от механических характеристик материала:
ψσ = 0,1, ψτ = 0,05 – для среднеуглеродистых сталей.
Пределы выносливости определяют следующим образом:
σ-1 = 0,5 • σв = 0,5 • 600 = 300 Н/мм2,
τ-1 = 0,3 • σв = 0,3 • 600 = 180 Н/мм2.
В опасном сечении вала имеется галтель, поэтому Кσ = 1,85, Кτ = 1,4. Диаметр вала d = 20 мм, Кd = 0,98. для чистовой обточки Кf = 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:
Fr = 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, nпред = 12500 об/мин.
2. Определяем эквивалентную нагрузку на подшипник:
где Fr, Fa – радиальная и осевая силы;
х, у – коэффициенты радиальной и осевой силы;
v – коэффициент вращения, v = 1 вращается внутреннее кольцо;
Кб – коэффициент безопасности, Кб = 1,3 умеренные толчки;
Кm – температурный коэффициент, Кm = 1 (t < 1000С)
Определяем коэффициенты х, у.
Найдем отношение
Эквивалентная нагрузка:
3. Определяем радиус подшипника:
где т = 3 – для шарикоподшипников
Lk > 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
σсм < [σ]см – условие прочности выполняется.....................................
Разработка молотковой дробилки кормов для улучшения работы кормоцеха
Код: 01.01.04.01.03Чертежи (в программе Компас) 9 листов
Повышение эффективности очистки корнеклубнеплодов с разработкой шнековой мойки транспортера-очистителя
Код: 01.01.04.01.02Чертежи (в программе Компас) 15 листов
Разработка запарника-смесителя кормов для животноводческой фермы
Код: 01.01.04.01.07Чертежи (в программе Компас) 9 листов
Разработка системы удаления навоза с конструированием фекального насоса НЦН-2
Код: 01.01.04.01.06Чертежи (в программе Компас) 13 листов
Разработка измельчителя корнеклубнеплодов повышенной производительности
Код: 01.01.04.01.05Чертежи (в программе Компас)11 листов
Механизация ТО оборудования фермы с разработкой установки для очистки труб и котельных установок
Код: 01.01.04.01.12Чертежи (в программе Компас) 10 листов