Анализ картофелесортировальных машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

1.Анализ конструкции и эксплуатационные характеристики проектируемого вида сельскохозяйственной машины

роликовый сортировка картофелесортировальный установка

Роликовая сортировка КСЭ-15Б разделяет клубни на фракции по размерам. Поверхность сортировки составлена из обрезиненных фигурных вращающихся роликов. На участке А ролики образуют ячейки шириной (по ходу продукта) 45 мм, на участке Б -- 55 мм. Для выделения примесей и клубней массой до 30 г перед фигурными роликами помещен сепаратор, составленный из пяти дисковых батарей. Диски сепаратора, изготовленные из волокнита, смонтированы на валах. Валы с дисками и роликами расположены параллельно и вращаются в одном направлении. Под роликами установлены сборники с транспортерами для отвода клубней и примесей.

Клубни загружают в бункер, из которого транспортером подают на дисковый сепаратор. Клубни перекатываются по дискам, а примеси просыпаются в просветы между ними. Далее клубни перемещаются роликами и, западая в ячейки (на участке А -- мелкие клубни, на участке Б -- средние), проходят вниз. Крупные клубни сходят по роликовой поверхности. Транспортерами клубни загружают в контейнеры. Ролики можно раздвигать, увеличивая или уменьшая размер проходных ячеек.

Если в исходном материале содержится много мелких клубней, раздвигают ролики А, когда преобладают средние клубни, раздвигают ролики Б.

Переборочные столы представляют собой ленточные транспортеры, с обеих сторон которых оборудованы места для рабочих. Рабочие осматривают поток клубней и отбирают вручную комки, камни и испорченные клубни.

Переборочные столы устанавливают на стационарных картофелесортировальных пунктах.

Автоматический отделитель Е-691 отделяет камни и комки от клубней, используя различную степень поглощения ими рентгеновских лучей.

Отделитель снабжен многоканальной лентой, генератором рентгеновских лучей, приемником, механизмом привода толкателей, транспортерами для отвода примесей и клубней, компрессором и горкой.

Многоканальная лента распределяет клубни на несколько потоков, каждый из которых при падении пересекает рентгеновские лучи, направленные от источника на экран приемника. В результате поглощения просвеченным телом части энергии лучей интенсивность их на экране снижается, особенно сильно при просвечивании более плотных тел (комки, камни). Интенсивность лучей оценивается электронным устройством приемника, от которого (при прохождении только камней или комков) подается сигнал на срабатывание механизма привода толкателей. Толкатели отбрасывают комки и камни на транспортер, а клубни свободно проходят на горку и далее на транспортер. Горка дополнительно очищает клубни от почвы. Производительность установки до 30 т/ч. Особых мер для защиты обслуживающего персонала от облучения не требуется.

Передвижной картофелесортировальный пункт КСП- 15Б применяют для поточной доочистки картофеля от примесей, сортирования клубней на три фракции и загрузки отсортированного картофеля в хранилище, мешки, корзины, контейнеры или транспортные средства. Механизмы пункта КСП- 15Б могут приводиться от двигателя внутреннего сгорания мощностью 3,5 кВт, электродвигателя мощностью 2,8 кВт или вала отбора мощности трактора. Поэтому его можно устанавливать в поле и у хранилищ.

Пункт составлен из приемного бункера ПБ-2 и роликовой картофелесортировки КСЭ-15Б. Агрегат снабжен комплектом рельсов и тележек для транспортировки заполненных контейнеров.

Приемный бункер корытообразной формы имеет, подвижное дно в виде прорезиненного полотна, рабочую ветвь которого поддерживают ролики. Транспортер приемного бункера равномерно подает клубни в приемный ковш картофелесортировки.

Ленточным транспортером приемного бункера клубни подаются на загрузочный транспортер. Он направляет их на дисковый сепаратор картофелесортировки, где примеси и клубни (массой до 30 г) просыпаются между параллельно установленными вращающимися дисками. Под ними расположен транспортер, отводящий клубни и мелкие примеси. Оставшиеся на дисках клубни поступают на сортировальную поверхность, состоящую из вращающихся фигурных обрезиненных роликов. Роликовая поверхности имеет две зоны, где ролики образуют ячейки шириной (по ходу движения клубней) 45 и 55 мм.

В результате ворох клубней на сортировальной поверхности разделяется на три фракции: в первой зоне -- мелкие клубни, во второй -- средние, сходом с поверхности поступают крупные клубни. Транспортерами клубни названных фракций раздельно загружаются в контейнеры, установленные на тележках рельсового пути.

Подачу клубней регулируют изменением скорости приемного и наклона загрузочного транспортеров. При нормальной загрузке в фракцию крупных клубней не должны попадать мелкие клубни. Производительность пункта -- 15 т/ч. Обслуживают пункт машинист и пять-восемь рабочих.

Рисунок. Внешний вид установки для калибрования клубней картофеля на три фракции



Картофелесортировальная установка состоит из загрузочного устройства 1, шестигранного двухсекционного призматического барабана, состоящего из двух крайних 2 и среднего 3 жестких круглых бандажей, к внутренней поверхности которых прикреплены жесткие плоские решета с отверстиями правильной шестиугольной формы для отбора фракции мелких 4 и средних 5 клубней. В каждой группе решет 4 и 5 шестиугольные отверстия имеют диаметры вписанных окружностей 41 мм и 51 мм, обеспечивающие проход соответствующей фракции клубней. Барабан крайними бандажами 2 опирается на две пары роликов 6, снабженных ребордами для предотвращения осевых смещений барабана и цилиндрическими резиновыми прокладками, амортизирующие колебания рабочего органа. Оси опорных роликов 6 установлены в кронштейны 7, которые жестко закреплены на подвижной раме 8, соединенной с неподвижной рамой 9 шарнирами 10 и раздвижными опорами 11, позволяющими регулировать угол наклона барабана к горизонту.

Механизм привода установки состоит из электродвигателя 12, цепных передач 13 и 15, червячного редуктора 14, приводной звездочки 16, находящейся в постоянном зацеплении с цепным контуром барабана 17, жестко закрепленным на среднем бандаже 3. Для отвода мелких клубней установлен лоток 18, средних - 19, крупных - 20, с которых отсортированный картофель поступает в ящики или мешки.

Рис.



Технологический процесс работы картофелесортировальной машины происходит следующим образом. Смесь различных фракций клубней засыпается равномерным по толщине слоем на загрузочный транспортер 13, с которого равномерным потоком подается в первую секцию барабана с решетами 5 с отверстиями правильной шестиугольной формы с диаметром вписанной окружности, обеспечивающим проход клубней мелкой фракции, которые попадают на лоток 14 и отводятся из калибровщика.

Оставшаяся смесь средних и крупных клубней переходит на решета 6 второй секции барабана с шестиугольными отверстиями с диаметром вписанной окружности, обеспечивающим проход клубней средней фракции, которые отводятся из калибровщика по лотку 15. Крупные клубни по решетам 6 второй секции барабана идут сходом и выводятся из машины по лотку 16. Крупные клубни по решетам 6 второй секции барабана идут сходом и выводятся из машины по лотку 16. Для сбора фракции откалиброванных клубней могут быть использованы либо контейнеры, либо отводящие транспортеры для загрузки клубней в любую тару или транспортерные средства.

Таблица. Общая характеристика картофелесортировальных машин различных типов

Анализ данных таблицы 1 показывает, что при крупномасштабном производстве картофеля с многоцелевым использованием урожая (продовольственные, семенные, фуражные цели, сырье для переработки) целесообразно использовать высокопроизводительные машины барабанного типа, которые обеспечат потребности всех вышеперечисленных вариантов использования клубней.

На сегодняшний день в России 95 % картофеля производится мелкотоварными, в основном, крестьянско-фермерскими хозяйствами и в личных хозяйствах сельских жителей. При таких условиях производства механизированная калибровка клубней картофеля наиболее важна только для одного целевого назначения - подготовки семенного материала, т.е. отбор клубней среднего размера массой от 50 до 80 г.

Подготовка семенного материала, обеспечивающего высокий урожай, сопряжена с целым рядом жестких требований таких, как выровненность клубней по размерам, обусловленную четкостью работы вычерпывающего аппарата посадочной машины, схема посадки в зависимости от конкретного размера семенных клубней, отсутствие значительных повреждений, достаточно большое количество семенного материала. Норма высадки клубней на 1 га составляет около 20 ц.

Выполнение всех этих условий с использованием ручного труда не представляется возможным. Наилучшие результаты можно получить только с использованием механизированной технологии.

Как видно из таблицы 1 наиболее полно перечисленным требованиям отвечают барабанные картофелесортировальные машины, обладающие необходимой и достаточной производительностью, средней энергоемкостью технологического процесса и низкой повреждаемостью клубней по сравнению с другими типами картофелесортировок.

Все перечисленные преимущества барабанных картофелесортировальных машин свидетельствуют о том, что при современных, ныне существующих в России экономических и производственных условиях возделывания картофеля наиболее эффективными являются картофелесортировальные машины барабанного типа.

Именно в связи с тем, что барабанные картофелесортировки рассчитаны на небольшие объемы производства отечественное сельскохозяйственное машиностроение серийно никогда их не выпускало [3].В мировой практике барабанные картофелесортировки выпускаются довольно широко (табл. 2).

Как видно производительность барабанных картофелесортировок значительно ниже всех других типов машин и колеблется от 2 до 5 т/ч.

Ограничение в производительности барабанных рабочих органов обусловлено тем, что она зависит от площади сепарирующей поверхности подводимой под сепарируемый материал в единицу времени. Последняя величина зависит от диаметра барабана и частоты его вращения, которые тесно связаны между собой. Увеличение частоты вращения и диаметра барабана невозможны из-за увеличения центробежной силы инерции, которая прижимает клубни к поверхности барабана, что приводит к прекращению технологического процесса.

Конструктивное исполнение барабанных картофелесортировок отличается диаметром и длиной барабанов, частотой их вращения и взаимным расположением калибрующих рабочих органов. Наиболее распространены машины с последовательным расположением решет, но встречаются варианты и с концентрическим, например, в картофелесортировальной машине «Экзакт-45» производства ФРГ. Эти машины более компактны по сравнению с картофелесортировками, имеющими последовательное расположение цилиндрических решет, но имеют более сложные системы для вывода отдельных фракций клубней.

Большим преимуществом барабанных картофелесортировальных машин по сравнению с калибровщиками грохотного типа является отсутствие больших неуравновешенных сил инерции рабочих органов, что дает возможность снизить массу и металлоемкость несущих рамных конструкций [1]. Общим для всех вариантов конструктивного исполнения барабанных картофелесортировок является то, что калибрующие отверстия цилиндрических решет выполнены квадратной формы, что снижает точность калибрования по фракциям .

Несмотря на преимущества барабанных картофелесортировальных машин по сравнению с другими типами и несомненную перспективность их использования в современных условиях производства, они требуют дальнейшего совершенствования в части рационализации формы калибрующих отверстий, обеспечивающих более высокую точность калибрования клубней , чему и посвящены наши дальнейшие исследования.

При современных формах производственной деятельности, преобладающих в сельском хозяйстве, выращивание такой важной культуры, как картофель сосредоточенно в мелкотоварных крестьянско-фермерских хозяйствах. При таких условиях производства, как было установлено на предварительном этапе исследований, наиболее перспективными для послеуборочной обработки картофеля являются барабанные картофелесортировальные машины. Имея вполне приемлемые для вышеуказанных условий производства показатели, картофелесортировки барабанного типа, тем не менее, нуждаются в дальнейшем совершенствовании. Главное направление в совершенствовании этих машин должно быть повышение точности сортирования клубней, особенно средней по размеру фракции - семенной.

Из предшествующих исследований, посвященных этому вопросу, выполненных для картофелесортировальных машин грохотного типа, известно, что значительного увеличения точности сортирования клубней можно достичь заменой квадратных отверстий калибрующих поверхностей на отверстия правильной шестиугольной формы

Эффект повышения точности сортирования при замене квадратных отверстий на правильные шестиугольники объясняется тем, что в квадратное отверстие клубень может пройти либо по стороне, либо по его диагонали, отличающиеся по длине на 40 %, что и определяет снижение точности сортирования. Поскольку решетные поверхности производят сортирование по признаку толщины и ширины калибруемых объектов, то наибольшую точность можно получить при использовании решет с круглыми отверстиями. Однако решета с круглыми отверстиями имеют самую низкую пропускную способность из-за большой площади перемычек, что приводит к снижению коэффициента пропускной способности решета, определяемого как отношение суммарной площади отверстий к площади всего решета.

Наиболее близки по форме к круглым отверстиям правильные шестиугольники, в которых калибрующим размером является диаметр вписанной окружности. При этом площадь перемычек у решетного поля, образованного правильными шестиугольниками из прутка диаметром 6 мм минимальна. В общем случае наибольшее теоретическое значение коэффициента пропускной способности решет с круглыми отверстиями будет:

Рис. 1. Фрагменты решет: а - с круглыми отверстиями; б - с правильными шестиугольными отверстиями; D0 - диаметр проходного сечения отверстия



Определенный по аналогичной методике коэффициент пропускной способности решета, образованного правильными шестиугольниками, определяется:

Сравнение результатов подсчетов по формулам [1] и [2] показывает, что коэффициент пропускной способности решет, образованных правильными шестиугольниками на 15 % больше, чем с круглыми отверстиями при равных диаметрах проходных сечений.

Таким образом, одним из наиболее реальных путей улучшения качественных показателей работы барабанных картофелесортировальных машин является замена квадратных отверстий на правильные шестиугольники.

Однако, формирование калибрующих поверхностей, образованных правильными шестиугольниками, в виде цилиндрической криволинейной поверхности приведет к искажению формы и размеров отверстий, что негативно скажется на точности сортирования.

В связи с этим предлагается в барабанных картофелесортировальных машинах цилиндрические барабаны заменить на многогранные.

Наиболее подходящей с точки зрения выполнения технологического процесса представляется шестигранная конструкция, так как меньшее количество граней будет сопровождаться резкими перепадами сепарируемой массы с одной грани на другую при вращательном движении, что приведет к увеличению травмирования клубней и динамическим нагрузкам. Увеличение граней более шести уменьшит коэффициент пропускной способности решет многогранника, так как увеличится количество стыковых конструктивных деталей, уменьшающих площадь сепарирования.



2.Агротехнические требования к с\х машине данного вида

Посадка картофеля должна выполняться в лучшие агротехнические сроки со строгим соблюдением нормы посадки. Клубни при рядовой посадке должны быть равномерно распределены по длине рядка и по глубине заделки. На 1 га в зависимости от сорта картофеля должно быть высажено от 50 до 70 тыс. клубней. Отклонения фактической нормы от заданной допускаются до ±2 %. Необходимо строго выдерживать прямолинейность рядков и заданную ширину междурядий. Глубина посадки должна быть на суглинистых почвах 6--8 см, а на супесчаных -- 8--10 см, считая от вершины гребня до верхней точки клубня; отклонения допускаются в пределах ±2 см. Количество пропусков при посадке клубней массой 50--80 г допускается не более 1,5%, а двоек -- 2 %. Уход за посадками картофеля должен выполняться в сроки, установленные для данного хозяйства в зависимости от почвенно-климатических условий. Боронование всходов должно быть равномерным и на глубину не более 3--6 см. Рабочие захваты культиваторов при междурядной обработке и окучивании должны соответствовать рабочему захвату посадочной машины. Защитная зона при этом должна быть в пределах 5--15 см, в зависимости от времени культивации. Подкормка растений минеральными удобрениями выполняется одновременное рыхлением междурядий или окучиванием, причем удобрения вносят с обеих сторон рядка на расстоянии 15--25 см от середины и на глубину 6--17 см. Отклонения фактического высева удобрений от заданного допускаются в пределах 4--5 %. Посадки картофеля обрабатывают пестицидами по указанию агронома хозяйства или специалистов по защите растений. Ботву убирают в зависимости от ее состояния за несколько дней (от 3 до 10) до начала массовой уборки картофеля.

Предварительная уборка ботвы упрочняет поверхность клубней и облегчает работу уборочных машин. Уборка картофеля должна быть полной, с наименьшими потерями -- не более 3--5%. Количество поврежденных клубней допускается не более 3 %. Машины должны подкапывать клубненосный пласт на полную глубину и ширину залегания клубней. Ширина валка при раздельной уборке не должна превышать 90 см. При уборке картофелеуборочными комбайнами чистота клубней в таре должна быть не менее 95 %. При послеуборочной обработке картофеля на пункте чистота средней (50--80 г) и крупной (более 80 г) фракций должна быть не менее 99 %, а мелкой (30--50 г) -- не менее 97 %. В отходы идут клубни массой менее 30 г. В каждой фракции допускается не более 10 % (по массе) клубней других фракций.

3.Определение скоростных режимов работы с\х машины и расчет кинематики привода

Теоретические исследования процесса перемещения клубней по новой калибрующей поверхности, в связи со сложностью математического описания их движения слоем, проанализируем на примере схемы траектории движения среднестатистического клубня вороха (рис. 5).

Рисунок. Картофелесортировальная машина: 1 - загрузочный транспортер; 2, 3 - рабочие секции мелкой и семенной фракции; 4, 6, 8 - приемные лотки продовольственной, семенной и мелкой фракции; 5 - опорный ролик; 7 - привод барабана; 9 - рама.



Рисунок. Траектория движения среднестатистического клубня вороха

При поэтапном исследовании представленной траектории движения - клубня было установлено, что она состоит из трех характерных участков (I, II и III), отличающихся друг от друга направлением и видом перемещения:

I - является участком затаскивания клубня до некоторой величины угла наклона решета к горизонту в'Р, при котором наступает момент его выпадения, а движение характеризуется перемещением клубня по дуге окружности радиуса R с угловой скоростью щб;

II - является участком относительного движения клубня по наклонному решету с величиной осевого перемещения S2, зависящей от угла наклона барабана к горизонту бб;

III - является участком относительного движения клубня по следующему решету, зависящего от величины накопленной на участке II силы инерции с осевым перемещением на величину S3.

Считать представленную схему движения клубня можно принять, за основу при определении математической модели его которую целесообразно представить в виде уравнения скорости движения клубня вдоль оси вращения барабана, состоящего из величин осевого перемещения клубня на каждом из рассматриваемых участков (S1, S2 и S3) и времени их преодоления (t1, t2 и t3), следующего вида:

. (3)

Выяснив, что траектория движения клубня состоит из трех характерных участков, потребовалось определить время, затрачиваемое клубнем на их преодоление и проекции участков на ось вращения барабана.

Проекция отрезка АВ равна нулю (S1 = 0), т. к. клубень совместно с решетом совершает вращательное движение вокруг оси симметрии барабана, а время, которое необходимо для его перемещения из точки А в В (рис. 5), определяли по следующей зависимости:

(4)

Величина угла наклона решета к горизонту , при котором наступает момент выпадения среднестатистического клубня вороха, зависит от его формы и размеров, параметров отверстия и частоты вращения барабана.

Для клубней эллиптической формы, расположенных на калибрующем отверстии главной осью симметрии перпендикулярно оси вращения барабана (рис. 6), величина угла определяется из следующей системы уравнений сил, действующих на клубень во время вращения барабана:



где FA - сила трения клубня в опорной точке А, Н;

FB - сила трения клубня в опорной точке В, Н;

G - сила тяжести клубня, Н;

NА - нормальная реакция в опорной точке A отверстия решета, Н;

NВ - нормальная реакция в опорной точке В отверстия решета, Н;

J - центробежная сила инерции клубня, Н;

- угол наклона вращающегося решета к горизонту, при котором наступает момент выпадения клубня эллиптической формы, расположенного на калибрующем отверстии главной осью симметрии перпендикулярно оси вращения барабана, град;

б - углом наклона касательной к большой оси эллипса, полученного в продольном сечении клубня эллиптической формы и проходящей через точку опоры клубня на сторону отверстия, град;

- угол между высотой, проведенной из центра О1 к грани барабана и радиус - вектором центробежной силы инерции клубня Rґ, расположенного на произвольном расстоянии от центра решета D, град;

Дц - угол между радиусом - вектором центробежной силы инерции и вектором силы инерции клубня, град.

Рисунок



Определение угла наклона вращающегося решета к горизонту, при котором наступает момент выпадения клубня эллиптической формы, расположенного на калибрующем отверстии главной осью симметрии перпендикулярно оси вращения барабана

Методика определения угла наклона вращающегося решета к горизонту, при которых наступает момент выпадения клубня эллиптической формы, расположенного на калибрующем отверстии главной осью симметрии параллельно оси вращения барабана и клубня округлой формы , аналогична представленным расчетам величины угла .

В теоретических расчетах величину примем в среднем по вороху, состоящему из mв клубней эллиптической и рв клубней округлой форм, тогда:

. (7)

Выпав из отверстия, клубень переместится до точки С с величиной осевого перемещения S2, равной:

. (8)

Т. к при равноускоренном движении клубня, началом которого является точка В, происходит равномерное перемещение решета, то время t2, которое будет затрачено клубнем на перемещение до точки С, определяли из следующего условия:

, (9)



где а2 - ускорение клубня на участке II относительно инерциальной системы отсчета хОz, м/с2;

- скорость клубня в точке В относительно инерциальной системы отсчета хОz в момент выпадения из отверстия (), м/с.

Величина осевого перемещения клубня S3 на участке III определится по следующей зависимости:

. (10)

Время t3, за которое клубень переместиться из точки С в D, определяли из условия его движения по следующему решету, имеющее вид:

,

где а3 - ускорение клубня на участке III, м/с2;

- начальная скорость клубня на участке III, м/с;

t3 - время, за которое клубень пройдет участок III, с.

Для определения скорости осевого перемещения клубня потребуются значения конструктивных параметров рабочего органа. В связи с этим было установлено рациональное количество граней барабана, которое, с учетом конструктивных особенностей компоновки смежных решет, определили из условия наибольшей рабочей площади поверхности многогранника (рис. 7), следующего вида:

, (12)

где bД - ширина мертвой зоны рабочей поверхности в месте его стыковки с соседней гранью, м;

bР - ширина решета, м;

lР - длина решета, м;

nГ - количество граней, шт;

Rоп - радиус окружности описывающий многогранный барабан, м.

Зависимость (12) позволила установить наибольшую рабочую площадь поверхности многогранника, которая соответствует шестигранной компоновке барабана.

Рисунок. Элемент рабочей поверхности барабана

, (13)

где - угол наклона решета к горизонту, при котором, у расположенного на его поверхности клубня, наступает момент выпадения, град;

t - время, затрачиваемое клубнем на перемещение по рабочей поверхности длиной, равной ширине грани, с.

Качество выполнения технологического процесса оценивалось коэффициентом точности сортирования по каждой фракции в соответствии со следующей формулой:

, (14)



где mi - масса пробы клубней i-ой фракции, просеявшейся из секции в соответствующий лоток и отвечающая ее требованиям, кг;

- общая масса пробы i-ой фракции, просеявшейся из секции в соответствующий лоток, кг.

Также был установлен коэффициент точности сортирования по машине в целом, который определяли по следующему выражению:

, (15)

где mУ - общая масса откалиброванных клубней всех фракции, кг;

nф - число фракций, шт.

Анализируя полученные зависимости частоты вращения барабана при различных подачах с установкой угла наклона рабочего органа бб = 6? (рис. 10), можно сделать вывод, что рациональной частоте вращения рабочей поверхности соответствует значение 15,0 мин-1, при которой, наибольший коэффициент точности сортирования клубней семенной фракции, для подачи Q = 3,5 т/ч, составил 92,6%.

Результаты исследований влияния угла наклона барабана к горизонту на точность калибрования при различных подачах и эффективной частоте вращения рабочего органа nб = 15 мин-1 (рис. 11), свидетельствуют о максимальной эффективности использования рабочей поверхности при угле ее наклона к горизонту бб =6?



4.Кинематический расчет. Выбор электродвигателя привода

Общий коэффициент полезного действия (КПД) привода:

где - КПД муфты, = 0,98;

- КПД пары подшипников качения, = 0,99;

- КПД зубчатой передачи, = 0,97;

- КПД клиноременной передачи, = 0,93;

= 0,98·0,992·0,97·0,93 = 0,86

Расчетная требуемая мощность двигателя:

Рт.р. = Рз /

где Рз -мощность электродвигателя, Рз =2 кВт;

Рт.р. = 2 / 0,885 = 2,33 кВт

Определяем требуемое число оборотов двигателя:

,



где - число оборотов двигателя, - передаточное число редуктора, =4, - передаточное ременной передачи, =3, подбираем по таблице 5.5 приложения [];

об/мин;

По данным принимаем электродвигатель 4А112МВ8У3, у которого:

- мощность двигателя, 3 кВт,

- синхронная частота вращения, 750 об/мин,

S - скольжение, S = 3.7%;

определяем частоту вращения у нагруженного ротора:

nдв=nс(S-1) = 750(0.037-1) = 722.25 об/мин;

определение передаточных чисел

Определим общее передаточное число двигателя:

uобщ=nдв/nс;

uобщ=22.25 /60=12;

Уточняем передаточное число цепной передачи:

Uц.п.= uобщ/uред.;

Uц.п.=12/4=3;

Тогда получаем:

передаточное число редуктора равно, =4,

передаточное число ременной передачи, u.ц.п.= 3;

Расчет нагрузочных и кинематических характеристик

Силовые (мощность и вращающий момент) и кинематические (частота вращения и угловая скорость) параметры привода рассчитывают на валах из требуемой (расчетной) мощности двигателя и его номинальной частоты вращения при установившемся режиме.

Расчет нагрузочных и кинематических характеристик

Ротор электродвигателя:

P2=Pтр.=2.33 кВт;

n1=nдв=722.25 об/мин;

щ1=р n1/30=(3.14*722.25)/30=75.6 с-1;

Т1=Р1/ щ1=2.33*103/75.6=30.82 Нм;

Быстроходный вал:

Р2=Р1**=2.33*0.93*0.99=2.15 кВт;

n2=n1/uц.п=722.25 /3=240.75 об/мин;

щ2=р*n2/30=3.14*240.75/30=25.2 с-1;

Т2=Р2/ щ2=2.15*103/25.2=85.32 Нм;

Тихоходный вал:

Р3=Р2**=2.15*0.99*0.97=2.06 кВт;

n3=n2/ uред =240.75/4=60 об/мин;

щ3=р* n3/30=3.14*60/30=6.3 с-1;

Т3=Р3/ щ3=2.06*103/6.3=327 Нм;

Вал рабочего органа:

Р4=Р3*=2.06*0.98=2 кВт;

Т4=Р4/ щ3=2*103/6.3=320 Нм;

5.Расчет на прочность особо нагруженных рабочих деталей

Проверочный расчет валов на прочность выполняют на совместное действие изгиба и кручение . При этом расчет отражает разновидности цикла напряжений изгиба и кручения , усталостные характеристики материалов , размеры , форму и состояние поверхности валов . Проверочный расчет проводится после завершения конструктивной компоновки и установления окончательных размеров валов . Цель расчета заключается в определении коэффициентов запаса прочности в опасных сечениях вала и сравнении их с допускаемыми S ? [S]. При высокой достоверности расчета [S]=2,5 . Будем производить расчет для опасных сечений каждого из валов. Проверка на усталостную прочность быстроходного вала: а) нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу, при котором амплитуда напряжений равна расчетным напряжениям изгиба , МПа:

,

где М- суммарный изгибающий момент в рассматриваемом сечении вала ,Н•мм; W-осевой момент сопротивления сечения вала , W=4287,5мм2;

,

б) касательные напряжения изменяются по от нулевому циклу, при котором амплитуда цикла равна половине расчетных напряжений кручения , МПа:

где -крутящий момент, Н•м; Полярный момент инерции сопротивления сечения вала, Wс=8575 мм2;



Определяем коэффициент концентрации нормальных и касательных напряжений для расчетного сечения вала по формулам приложения:

;

где и - эффективные коэффициенты концентраций напряжений, / =3,5 , /=2,5; - коэффициент влияния шероховатости , =1; - коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения ;

в) Определяем пределы выносливости в расчетном сечении валa по формулам приложения Н/мм»:

где- и =0,58- пределы выносливости гладких образцов при симметричном цикле изгиба и кручения , Н/мм2;

г) определяем коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям :



д) определяем общий коэффициент запаса прочности в опасном сечении:

Проверка на усталостную прочность тихоходного вала

Определяем напряжения в опасных сечениях вала , Н/мм2:

а) нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу , при котором амплитуда напряжений равна расчетным напряжениям изгиба , МПа:

,

где М- суммарный изгибающий момент в рассматриваемом сечении вала, Н•мм; W-осевой момент сопротивления сечения вала, W = 9112,5мм2;

,



б) касательные напряжения изменяются по от нулевому циклу , при котором амплитуда цикла равна половине расчетных напряжений кручения , МПа :

где -крутящий момент , Н•м; -полярный момент инерции сопротивления сечения вала, Wс = 18225 мм2;

Определяем коэффициент концентрации нормальных и касательных напряжений для расчетного сечения вала :

;

где и - эффективные коэффициенты концентраций напряжений, / =3,5 , /=2,5 ;- коэффициент влияния шероховатости, =1; - коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения;

в) Определяем пределы выносливости в расчетном сечении валa, Н/мм2:



где- и =0,58 - пределы выносливости гладких образцов при симметричном цикле изгиба и кручения, Н/мм2;

; ;

г) определяем коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям :

д) определяем общий коэффициент запаса прочности в опасном сечении:

Проверка подшипников качения на долговечность

Проверочный расчет предварительно выбранных подшипников выполняется отдельно для быстроходного и тихоходного вала. Пригодность подшипников определяется сопоставлением расчетной динамической грузоподъемности , Н., с базовой величиной , Н., или базовой долговечности , ч., с требуемой , ч., по условиям:

Требуемая долговечность подшипника предусмотрена ГОСТ 16162- 93 и составляет для зубчатых колес ? 10000 ч.

Расчетная динамическая грузоподъемность , Н , и базовая долговечность , ч , определяются по формулам :

где - эквивалентная динамическая нагрузка, Н; m - показатель степени, m = 3,33; n - частота вращения соответствующего вала, об/мин.

Расчет долговечности подшипников быстроходного вала

Исходные данные:

Fa= 393 H; e = 0,37, =3602 H , =503 Н,

= 1,2 , = 1 , = 1 , = 51 c-1, Y=1,62, X=0,4, Cr=36200 H;

Проверим пригодность подшипников быстроходного вала конического редуктора, работающего с умеренными толчками и вибрационной нагрузкой.

Определяем осевые составляющие радиальных нагрузок:



Н

Н

определяем осевые нагрузки подшипников. Так как > то ==1146 Н;

Н;

Определяем отношения :

По соотношению и выбираем соответствующую формулы для определения :

=1· 3602·1,2=4322,4 Н;

H;

Определяем динамическую грузоподъемность по большей эквивалентной нагрузке :

Н;

Такое соотношение расчетной и базовой динамических грузоподъемностей (22618<36200) вполне приемлемо.

Определяем долговечность подшипника, ч :

Такое значение расчетной вполне приемлемо.

Расчет долговечности подшипников тихоходного вала

Исходные данные:

Ra= 393 H; Cr= 42700 Н.; e = 0,41, =8096 H , =5555 Н,

= 1,2 , = 1 , = 1 , = 12,769 c-1 ,Y=1,45, X=0,4, Cr=36200 H;

Проверим пригодность подшипников быстроходного вала конического редуктора, работающего с умеренными толчками и вибрационной нагрузкой.

Определяем осевые составляющие радиальных нагрузок:

Н;

Н;

Определяем осевые нагрузки подшипников. Так как > то == 2854 Н;

Н;

Определяем отношения :

По соотношению и выбираем соответствующую формулы для определения :

= 1· 5555·1,2 = 6666 H;

Определяем динамическую грузоподъемность по большей эквивалентной нагрузке :



Н;

Такое соотношение расчетной и базовой динамических грузоподъемностей (22440<42700) вполне приемлемо. Определяем долговечность подшипника, ч :

Такое значение расчетной вполне приемлемо.

Расчет элементов корпуса редуктора

Для удобства сборки корпус выполняем разборным. Плоскость разъема проходит через оси валов. Плоскость разъема для удобства обработки располагаем параллельно плоскости основания. Верхнюю поверхность крышки, служащую технологической базой для обработки плоскости разъем, также выполняем горизонтальной.

Для соединения корпуса и крышки редуктора по всему контуру плоскости разъема выполняем фланцы. Фланцы объединены с приливами для подшипников (бобышек).

Для соединения крышки с корпусом используются болты с наружной шестигранной головкой, диаметр которых принимаем М12.

Для предотвращения взаимного смещения корпусных деталей при растачивании отверстий под подшипники и обеспечения точного расположения их при повторных сборках, крышку фиксируем относительно корпуса двумя коническими штифтами.

Толщина стенок основания корпуса редуктора вычисляется по формуле :



Принимаем мм.

Толщину стенки крышки корпуса вычисляется по формуле приложения [7], с.158:

мм.

Принимаем мм.

Для подъема и транспортировки крышки корпуса и сборного редуктора применяют проушины, отливая их заодно с крышкой. В верхней части крышки корпуса находится люк предназначенный не только для заливки масла, но и для осмотра зацепления подшипников. Люк закрывают крышкой.

Расстояние от края вращающегося колеса до внутренней стенки корпуса Расстояние между дном корпуса и поверхностью шестерни , предназначенное для масла. Для замены масла в нижней части корпуса находится сливное отверстие.

Фундаментный фланец редуктора крепится к плите четырьмя болтами М16 с шестигранной головкой.

6. Правила эксплуатации технология регулировки и техника безопасности при обслуживании с\х машины

В зависимости от принятой технологии уборки его используют для работы в поле, у буртов, картофелехранилищ, приемных пунктов и он может подавать отсортированный картофель в тару, корзины, контейнеры, тракторный прицеп, кузов автомобиля. Движущиеся транспортеры и полотна сортировального пункта представляют повышенную опасность, поэтому его сборке и подготовке уделяют особое внимание. Прежде всего, тщательно затягивают все гайки и стопорные болты, включая и те, которые были поставлены на заводе. Проверяют легкость вращения всех механизмов, проворачивая вручную за шкив муфту включения, и добиваются того, чтобы не было задеваний, заеданий, рывков. Контролируют натяжение всех ремней и цепей, затяжку пружин предохранительной муфты. При работе картофелесортировального пункта от трактора малой мощности важно убедиться в надежности крепления карданного вала на валу отбора мощности трактора. Проверяют натяжение ведущей цепи сортирующих роликов.

Во время работы машинист должен постоянно находиться возле машины. Смазывают машину, очищают рабочие органы, кроме сортирующих роликов, только при полной остановке машины или отключенной муфте. Надо быть особенно осторожным при работе машины от электродвигателя. Во избежание опрокидывания машины запрещается садиться на переборочные транспортеры. Включать муфту сортировки должен тракторист и только после включения вала отбора мощности. Во время работы агрегата тракторист должен находиться у муфты включения сортировки. Перед пуском машины обязательно дают сигнал, предупреждающий об этом работающих. Запрещается работать без предохранительных кожухов и ограждений карданной, зубчатой и цепной передач возле рабочего места. При транспортировке машины выгрузные транспортеры должны быть сняты. Обслуживать электропривод поручают специально обученному лицу из электротехнического персонала, имеющему не ниже третьей квалификационной группы. Особое внимание обращают на состояние кабеля подводки питания, который не должен иметь сращивания. Перед началом работы контрольной лампой проверяют целостность нулевой жилы кабеля. При обрыве заземляющей жилы питающего кабеля и отсутствии заземления нельзя подавать напряжение на электродвигатель, а также на автоматический включатель. Не допускается наезд транспорта на кабель. Все работы по ремонту, наладке и регулировке выполняют лишь при полном снятии напряжения, отключенном автоматическом выключателе и вынутой вилке штепсельного разъема. Места соединения, а также прилегания электродвигателя, магнитного пускателя к корпусу машины зачищают до металлического блеска и смазывают тонким слоем вазелина



Вывод

1. Выполненный анализ существующих отечественных и зарубежных конструкций рабочих органов барабанных картофелесортировальных машин осуществляющих разделение клубней картофеля по размерам лег в основу разработанной классификации, позволяющей выявить их общий конструктивный недостаток, устранить который представляется возможным за счет барабанной картофелесортировальной машины с калибрующими отверстиями правильной шестиугольной формы.

2. На примере одного из наиболее распространенного в ПФО сорта картофеля новой селекции «Розара» были изучены размерно-массовые и механические характеристики его клубней, которые позволили установить:

- оптимальные размеры и форму калибрующих отверстий, которыми являются отверстия в форме правильных шестиугольников с размерами диаметров вписанных окружностей для выделения мелкой фракции клубней - 41 мм, семенной - 51 мм;

- индекс формы клубней вороха, который соответственно на 71,9% и 28,1% состоит из клубней округло-овальной и удлиненно-овальной формы;

- необходимые для определения теоретической скорости осевого перемещения слоя клубней углы его трения скольжения и трения качения .

3. Выполненный анализ наиболее распространенных конструкций технических средств калибрования клубней картофеля и способов его осуществления позволил разработать схему малогабаритной картофелесортировки с жесткой многогранной сортирующей поверхностью.

4. Теоретический анализ процесса взаимодействия клубней картофеля с плоскими решетами с правильными шестиугольными отверстиями при непрерывном изменении угла наклона решета позволил установить:

- схему траектории и математическую модель движения клубней по рабочей поверхности;

- уравнения, определяющие максимальное значение угла затаскивания решетом барабана клубней картофеля различных форм и размеров, при различной ориентации главной оси симметрии клубней на отверстии в форме правильного шестиугольника и его размерах;

- условие безотрывного перемещения клубней по внутренней поверхности вращающегося решета;

- рациональное количество граней барабана, n_Г = 6 шт и их ширину b_Р = 0,5 м.

5. исследования установили что рациональные кинематические параметры рабочего органа, при которых достигается максимальная величина коэффициента точности сортирования по машине в целом равная м_? = 92,5 %, при следующих значениях:

- частота вращения барабана n_б = 15 мин^-1;

- угол наклона к горизонту оси вращения барабана б_б = 6?;

- производительность рабочего органа Q = 3,5 т/ч.



Литература

1. Волосевич П. Н. Качественные показатели работы картофелесортировальных машин с новыми калибрующими поверхностями / П. Н. Волосевич, Д. А. Неверов // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. - 2008. - №9. - С. 38-40. (0,37 / 0,185 печ. л.).

2. Волосевич П. Н. Влияние на точность сортирования геометрических свойств отверстий решет и клубней картофеля / П. Н. Волосевич, Д. А. Неверов // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. - 2009. - №4. - С. 29-33. (0,62 / 0,31 печ. л.).

3. Волосевич П. Н. Влияние формы клубней картофеля и отверстий решет на пропускную способность картофелесортировальных машин / П. Н. Волосевич, Д. А. Неверов // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. - 2009. - №9. - С. 48-51. (0,5 / 0,25 печ. л.).

4. Волосевич П. Н. Анализ и оценка существующих технических средств сортирования клубней картофеля / П. Н. Волосевич, Д. А. Неверов // 5. Комаров Ю. В. Теоретическое определение угла затаскивания клубней в барабанной картофелесортировальной машине / Ю. В. Комаров, Д. 7. Комаров Ю. В. Использование ячеистых поверхностей для сепарации и сортирования корнеклубнеплодов / Ю. В. Комаров, Д. А. Неверов // 8. 8.Комаров Ю. В. Результаты лабораторных исследований барабанной картофелесортировальной машины / Ю. В. Комаров, Д. А. Неверов // 9. 9.Неверов Д.А. Пути совершенствования барабанных картофелесортировальных машин / Д. А. Неверов //

10. Неверов Д. А. Сравнительная характеристика различных типов картофелесортировальных машин / Д. А. Неверов // Проблемы и перспективы развития сельского хозяйства России : Сборник материалов Всероссийских научно-практических конференций / Под ред. А. В. Голубева ; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н. И. Вавилова». - Саратов : ИЦ «Наука», 2008.-259с. (0,19 / 0,19 печ. л.).

11. Неверов Д. А. Общая методика проведения лабораторных исследований экспериментальной барабанной картофелесортировальной машины / Д. А. Неверов // Проблемы и перспективы развития сельского хозяйства России : сборник материалов Всероссийских научно-практических конференций / Под ред. А. В. Голубева ; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н. И. Вавилова». - Саратов : ИЦ «Наука», 2008. - 259 с. (0,19 / 0,19 печ. л.).

12. Неверов Д. А. Новая барабанная картофелесортировальная машина / Д. А. Неверов // Проблемы и перспективы развития сельского хозяйства России : сборник материалов Всероссийских научно-практических конференций / Под ред. А. В. Голубева ; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н. И. Вавилова». - Саратов : ИЦ «Наука», 2008. - 259 с. (0,25 / 0,25 печ. л.).

13. Неверов Д. А. Влияние параметров и режимов на качественные показатели работы барабанной картофелесортировальной машины с калибрующими отверстиями правильной шестиугольной формы 14. Неверов Д. А. Теоретическая модель процесса взаимодействия клубней картофеля с ячеистой поверхностью жесткого призматического решета / Д. А. Неверов, В. Н. Соколов // Научное обозрение. - 2011. - №2. - С. 55-60. (0,52 / 0,26 печ. л.).

Размещено на Allbest.ru

...