Разработка проекта электрификации технологического процесса по обработке послеуборочной гречихи с разработкой САУ

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Комплексная электрификация и автоматизация технологических процессов является генеральным направлением развития современного сельского хозяйства.

Гречиха относится к важнейшим крупяным культурам. Гречневая крупа отличается хорошими вкусовыми качествами, легкой усвояемостью. Ценность гречневой крупы определяется высоким содержанием перевариваемых белков, углеводов и зольных веществ, значительная часть которых приходится на долю фосфора, кальция, железа, меди, витаминов (тиамина, рибофлавина, рутина). Рекомендуется как диетический продукт питания. Химический состав необработанных плодов гречихи таков: воды13 %, белков 9--16 %, жира 1,5--3 %, крахмала 60 %, клетчатки 13 %, золы

2 %, органические кислоты (лимонная, яблочная, щавелевая). Аминокислот лизина и аргинина в семенах гречихи больше, чем в семенах пшеницы или риса. Благодаря витамину Е гречневая крупа долго хранится, не теряя пищевых достоинств. Из листьев и цветков гречихи получают лекарственный препарат рутин, применяемый при лечении атеросклероза, гипертонии и выведении из организма радиоактивных веществ [20].

В результате шелушения зерна на крупяных заводах получают ядро, нешелушеные зерна, дробленые части ядра, мучку и лузгу. Эти разные по качеству продукты должны быть рассортированы и использованы по назначению. Количественный состав продуктов в смеси зависит от вида перерабатываемой культуры и качества зерна, правильности проведения операции шелушения и типа шелушильной машины, а также от состава продуктов. После выделения побочных продуктов (мучки, дробленого ядра и лузги) необходимо рассортировать основные продукты шелушения, т.е. смесь, состоящую из шелушеных (ядра) и нешелушеных зерен. Разделение зерновой массы влияет на дальнейшие операции производства и конечный результат полученного продукта. Чем лучше проведена операция крупоотделения, тем выше качество и ценность конечного продукта.

Крупоотделение применяют при переработке гречихи, овса, риса и проса. Для этого используют просеивающие машины - крупосортировки, триеры, падди-сепараторы виброударного типа, плоские ячеистые крупоотделители.

В качестве главной рассматриваемой машины выбрана пневмосортировальная машина ПСМ-10 включающая в себя следующие основные узлы: каркас, привод, щеточный механизм, верхний и нижний кузов, кожух, вентилятор и питатель.

Целью данной выпускной квалификационной работы является электрификация технологического процесса по обработке послеуборочной гречихи с разработкой САУ.

1. Выбор технологического оборудования для послеуборочной обработке гречихи

1.1 Местоположение, специализация организационная структура хозяйства

Крестьянское Фермерское Хозяйство Бакаев П. Н. представляет собой предприятие с направлением растениеводство. КФХ Бакаев П. Н. осуществляет выращивание, сбор, обработку и хранение зерновых культур (пшеница, ячмень, гречка, овес) с последующей переработкой некоторых культур (изготовление муки, отрубей) и реализацией на рынке. Данное предприятие находится в Иркутской области, Черемховском районе, деревне Парфеново.

Во владении КФХ входит 3000 гектар земли (не считая площади самого предприятия). Из них 2200 гектар используются под посадку зерновых культур, а именно: 1500 гектар - для пшеницы, 640 гектаров - для овса, 40 гектар - для гречки, 20 гектар - для гороха. Остальные 800 гектаров оставлены для парения. Земли во владении КФХ расположены в южной части среднесибирского плоскогорья на Иркутско-Черемховской равнине, заполненной осадочными отложениями. Местность относится к подзоне лесостепи (лесные массивы представлены березой и хвойными породами деревьев). Почва преимущественно суглинистая, дерново-карбонатная, дерново-подзолистая, темно-серая. Земля достаточно плодородная, особенно после внесения органических и минеральных удобрений, а также проведения на отдельных участках известкования.

Климат в Черемховском районе - резко-континентальный с продолжительной холодной зимой и тёплым, с обильными осадками, летом. Средняя годовая температура воздуха, примерно составляет 3-4°С. Наступление холодного периода начинается, достаточно, резко. Самым холодным месяцем является январь. Снежный покров образуется в середине октября и разрушается к концу апреля. Толщина снежного покрова обычно не превышает 50-60 см, но в отдельные годы достигает 150 см. Глубина сезонного промерзания грунтов обычно составляет 200-210 см. Продолжительность тёплого периода, составляет примерно, 100 дней. Наиболее тёплым месяцем является июль. Средняя месячная температура июля не превышает +15-16°С, максимальная - возрастает до +35-40°С. На территории поселения в среднем за год выпадает до 400-500 мм осадков. Около 60% осадков выпадает в летние месяцы, весной 12-15%, осенью - 20%, зимой в виде снега выпадает только 10%. В холодный период преобладают ветры западных направлений, в теплый - северо-западных.

Для произведения работ в полях, территории предприятия и реализации товара в ближайших городах, в КФХ содержится автопарк содержащий в общей сложности более 20 машин разной мощности и тоннажа. В состав автопарка входит: два трактора фирмы «Версаталь», пять комбайнов фирмы «Вектор», четыре грузовика фирмы «Камаз», два трактора фирмы «Беларусс» и др.

В предприятии ярко выражено сезонность работ, связи с этим зависит количество работников. В среднем численность работников составляет около 30 человек. Но в сезоны посадки и уборки зерновых культур, численность работников возрастает до 50 - 60 человек. Основную работу в сезоны посадки и уборки выполняют водители тракторов и комбайнов. На самом же предприятии работы выполняются мельниками, сварщиками и разнорабочими. Бригада сварщиков численностью 5 человек, бригада мельников численностью 14 человек.

Специализация хозяйства определяется по таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Размер и структура товарной продукции

Показатель	2014 г.	2015 г.	2016 г.
	стоимость тыс. тыс.р.	структура %	стоимость тыс. р.	структура %	стоимость тыс. р.	структура %
Растениеводство, всего	1051	90	1436	92	1607	86
в т.ч. зерно	1051	90	1436	92	1607	86
Товары	986	5	1274	8	1324	14
Работы и услуги	40	5
ИТОГО	2077	100	2710	100	2931	100

Основные экономические показатели

К основным экономическим показателям деятельности хозяйства относятся площади сельскохозяйственных угодий, пашни, численность работников, стоимость валовой продукции и основных производственных фондов. В таблице 1.2 указаны ресурсы предприятия.

Таблица 1.2 - Ресурсы предприятия и их использование в КФХ Бакаев П.Н.

Показатель	2014 г.	2015 г.	2016 г.	Отклонение 2016/2014,%
Площадь с.х. угодий, га	2500	3000	3000	4,4
в т.ч. пашня, га	2250	2850	2850	5,3
Среднегодовая численность работников занятых в с.х. производстве, чел.	45	50	55	5

Как видно из таблицы 1.2 почти на одном уровне остаются: площадь с/х угодий, в том числе пашня и среднегодовая численность работников.

Основные производственные фонды имеют тенденцию к увеличению, наблюдается возрастание сопоставимых цен как в растениеводстве, так и в животноводстве.

Показателем эффективности производственно-хозяйственной деятельности является прибыль и уровень рентабельности. Расчет этих показателей за 2016 г. представлен в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Финансовые результаты деятельности КФХ

Виды продукции и отраслей	Выручено от реализации, тыс. р.	Полная себестоимость, тыс. р.	Прибыль Убыток (-), тыс. р.	Уровень рентабельности (окупаемости), %
Зерновые	762	596	166	27,9
Прочая продукция растениеводства	321	245	76	31
Перераб. продукция растениеводства	1203	975	228	23,4
Итого по растениеводству	2286	1727	559	32
Всего по хозяйству	2286	1727	559	32

Обеспеченность предприятия энергетическими мощностями.

Одним из основных условий производства является наличие энергетических мощностей. Энергетические мощности определяются с учетом всех источников энергии, которыми располагает хозяйство. Данные по энергетическим мощностям хозяйства приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4 - Размер и структура энергетических мощностей в КФХ Бакаев П.Н.

Энергоресурсы хозяйства	2014 г.	2015 г.	2016 г.
	кВт	%	кВт	%	кВт	%
Двигатели тракторов	743	21	743	21	743	21
Двигатели комбайнов	773	22	773	22	773	22
Двигатели автомобилей	1358	45,7	1358	45,7	1358	45,7
Электродвигатели и электроустановки	362	11,3	362	11,3	362	11,3
Итого	3236	100	3236	100	3236	100

Из таблицы 1.4 видно, что обеспеченность электрическими мощностями на предприятии стабильна.

Общая мощность электроустановок в 2016 году составила 3236 кВт. Большую часть в структуре мощностей составляют двигатели автомобилей45,7%. На втором месте двигатели комбайнов 22%.

В таблице 1.5 показаны основные показатели оснащенности основными фондами на предприятии КФХ Бакаев П.Н.

Таблица 1.5 - Показатели оснащенности основными фондами

Показатели	Годы
	2014	2015	2016
Фондообеспеченность, тыс.руб./100 га	182	230	260
Техническая обеспеченность, тыс. руб./100 га	70	106	136
Энергообеспеченность, л.с/100 га	147	147	147
Электрообеспеченность, кВт*ч/100 га	12	12	12
Фондовооруженность, тыс.руб./чел	73	160	200
Техническая вооруженность, тыс.руб./чел	44	115	160
Энерговооруженность, л.с./чел	110	110	110
Электровооруженность, кВт * ч/чел	9	9	9

В таблице 1.6 приведены размер и структура поступления и расхода электроэнергии.

Таблица 1.6 - Размер и структура поступления и расхода электроэнергии в КФХ Бакаев П.Н.

Показатели	2014 г.	2015 г.	2016 г.
	тыс. кВт·ч	%	тыс. кВт·ч	%	тыс. кВт·ч	%
Получено электроэнергии от гос. сетей.	4587	100	4267	100	4712	100
Израсходовано электроэнергии всего.	4587	100	4267	100	4712	100
в т. ч. на производственные нужды.	4587		4267		4712

Рассмотрев данную таблицу, можно сделать вывод, что вся полученная электроэнергия используется по назначению.

1.2 Технология очистки гречихи

При производстве крупы удаляются его менее ценные части и придаются крупам определенные свойства, при этом зерно очищается от примесей, подвергается гидротермической обработке (гречиха, горох, овес, кукуруза), что облегчает шелушение зерна, увеличивает выход круп и сокращает срок их варки. При шелушении (обрушивании) удаляются цветочные пленки, частично плодовые и семенные оболочки.

Ядро гречихи, освобожденное от плодовой оболочки, представляет собой ядрицу. Во время шелушения гречихи получается дробленое ядро, представляющее собой продел. Пищевые продукты, полученные при переработке крупяных культур, отличаются повышенным содержанием белка и жира, высокими вкусовыми качествами, питательностью, хорошей перевариваемостью.

На зерноперерабатывающих предприятиях применяют три основных метода крупоотделения в соответствии с различиями в отдельных признаках или их комплексе для разных культур:

1) Размеры (ширина, толщина).

2) Длина.

3) Комплекс свойств, обеспечивающих самосортирование смеси (плотность, масса, размеры и т.д.).

Существующие технологии для очистки зерна.

Отделительная машина А1-БКО (рисунок 1.1) - предназначена для отделения шелушеных зерен от нешелушеных. Состоит из трех ячеистых сортировочных столов, колеблющейся рамы, эксцентрикового вала, механизма регулировки угла поперечного наклона сортировочных столов, привода, станины, аспирационной колонки, питателя с тремя распределительными патрубками, рамы и системы подвесок.



Рисунок 1.1 - Отделительная машина А1-БКО-2: 1 - рама; 2 - станина; 3 - привод; 4 - механизм регулирования поперечного наклона сортировочных столов; 5 - питатель с распределительными патрубками; 6 - аспирационная колонка; 7 - сортировочные столы; 8 - лотки для дополнительного отбора; 9 -- колеблющаяся рама

Основными рабочими органами крупоотделительной машины являются три ячеистых сортировочных стола, установленных на подвижную раму. На столах исходная смесь зерна разделяется на две фракции. По контуру рабочая поверхность сортировочного стола ограждена бортами, что обеспечивает нормальный процесс сортирования. Со стороны, противоположной поступлению продукта, в конце сортировочного стола (вдоль торца) размещен желоб, в который поступает выделенный в результате сортирования продукта. Выделенное и перемещаемое вверх по желобу зерно выводится за пределы машины через патрубок. В нижней части сортировочных столов между рабочей поверхностью и бортом имеются щели размером 36х40 мм, соединенные лотком, через которые выводится зерно. Сортировочные столы крепятся к колеблющейся раме посредством кронштейнов таким образом, что плоскость стола наклонена как в продольном, так и в поперечном направлении.

На главном приводном валу установлены два эксцентрика, которые сообщают колебания раме. Колебания от эксцентриков посредством рычагов передаются жестким треугольникам, к верхним концам которых шарнирно крепится нижняя часть колеблющейся рамы. Плавность хода колеблющейся рамы обеспечивается пружинами, верхние концы которых закреплены через призмы на станине, а нижние также через призмы на нижней части колеблющейся рамы. Над высокой стороной машины на стойках размещена аспирационная колонка, изготовленная в виде коробки, внутри которой имеется каскад наклонных плоскостей. При движении по ним поступающий в машину продукт пронизывается потоком воздуха, в результате чего из продукта отбирают пыль, частички лузги и другие легкие примеси. Верхняя наклонная плоскость колонки шарнирно закреплена в боковых стенках и служит для регулирования подачи продукта в машину. распределительные патрубки на каждый сортировочный стол. Рама с установленными на ней сортировочными столами с ячеистой поверхностью совершает колебательные движения. При этом благодаря различию коэффициентов трения и натуры зерен при гармонических колебаниях столов с соответствующим профилем ячеек и углам наклона столов происходит эффективное разделение поступающей на машину зерновой смеси на две фракции.

Сортировочная машина А1-БКГ-1 (рисунок 1.2) -предназначена для очистки крупы, в основном гречихи, от примесей, дробленого ядра, мучки, а также для сортирования на фракции и продукты шелушения по крупности. Сортировка может работать по двум схемам. Сортировка состоит из каркаса, привода, щеточного механизма, верхнего и нижнего кузовов, кожуха и питателя. Каркас состоит из двух боковин и стяжек. На подвесках к нему подвешены рабочие органы машины деревянные ситовые кузова: верхний и нижний. В каждом ситовом кузове расположены по три сменных ситовых рамы со штампованными ситами и металлический поддон. Верхний кузов имеет патрубок для вывода схода (крупной смеси) и лоток для сбора и подачи на нижний кузов. Нижний кузов имеет патрубок для вывода схода (крупы) и лоток для выпуска прохода. Машина приводится в движение от двигателя через клиноременную передачу на главный вал. От главного вала посредством эксцентриков и тяг кузова получают возвратно поступательное движение.

Рисунок 1.2 - Сортировочная машинаА1-БКГ-1. 1-каркас; 2-главный вал; 3 - эксцентрики; 4 - электродвигатель; 5 -кожух; 6 - дверка съемная; 7-питающее устройство; 8 - клапан грузовой; 9-патрубок аспирационный; 10- ролик; - тележка щеточная; 12 - рама ситовая; 13 - кузов ситовой верхний; 14 - ограждение; 15, 18, 19 - патрубки; 16 - механизм кривошипный; 17- кузов ситовой нижний

Установлено, что при сортировании, например, пшена со средней производительностью крупосортировки 2,08 т/ч среднее значение коэффициента извлечения прохода составляет 80,9%.

Сепаратор предварительной очистки зерна СПО-100 (рисунок 1.3) - предназначен для предварительной очистки поступающего от комбайнов или других молотильных устройств зернового вороха колосовых, крупяных и зернобобовых культур и семян трав от легких и крупных сорных примесей, отделяемых воздушным потоком и решетом - сетчатым транспортером, с целью лучшего сохранения семян и зерна, подготовки их к сушке и активному вентилированию, повышения эффективности последующей очистки.



Рисунок 1.3 - Сепаратор предварительной очистки зерна СПО-100

Основными рабочими органами сепаратора являются камера приемная и аспирационная система. Привод рабочих органов осуществляется клиноременной и цепной передачами от электродвигателя. Подлежащий очистке зерновой ворох по зерноотводам поступает в загрузочный шнек, который равномерно распределяет материал по ширине сепаратора и подает по скатному листу на сетчатый транспортер. Зерно, легкие и мелкие примеси проходят через него, а крупные примеси (солома, колоски и др.) выводятся сетчатым транспортером из сепаратора. Материал, прошедший сквозь сетчатый транспортер, вбрасывается битером во всасывающий канал аспирации. Замкнутый воздушный поток в сепараторе создается встроенным диаметральным вентилятором.

Скорость воздушного потока регулируется дроссельной заслонкой, расположенной в нагнетательном канале. В сепараторе совмещена грубая и тонкая регулировка воздуха. Грубая регулировка осуществляется тягой при опущенной гайке. Тонкая регулировка осуществляется при затянутой гайке вращением винта. Легкие примеси выводятся из сепаратора шнеком, а очищенное зерно выводится самотеком.

1.3 Предлагаемая технология процесса послеуборочной обработки гречихи

Нами была разработана технологическая схема послеуборочной обработки гречихи, представленная на рисунке 1.4.

Данную технологическую схему можно описать следующим образом:

Зерно гречихи поступает в приемный бункер 1 и транспортером (Н-3) 2 загружается в бункер 1. Очистительной машиной (ПСМ-10) 3, после переходом через шнековый транспортер (ТСШ-150) 4 на триер (ТЦК-700) 5 производится очистка зерна от пыли, земли, семян сорняков.. Очищенное зерно транспортером (Н-3) 2 подается в бункер 1 в отделение гидротермической обработки, где установлены агрегаты (А9-БПБ)6 пропариваниия гречихи. Пропаривание гречихи ведут водяным паром. А для экономии пара используют два агрегата 6и пропаривание ведут в две стадии. Пар из первого агрегата 6 после обработки определенным временем перепускают во второй агрегат 6, используя оставшееся тепло на первичный разогрев зерна во втором агрегате 6. Затем зерно в агрегате 6 подвергают окончательной обработке свежим паром. После обработки зерна в агрегате 6 отработанный первичный пар подают в первый агрегат 6, к этому времени заполненный новой порцией зерна. Обработанное в две стадии зерно из второго агрегата 6 выдают в отволаживатель 7. При отволаживании зерна ведут его сушку до влажности 15,5-18%. Пределы влажности определены экспериментальным путем. Установлено, что при влажности зерна более 18% большой выход непрошелушенного зерна, в то же время при влажности зерна менее 15,5% наблюдается повышенный выход дробленого зерна-сечки. Подсушенное зерно направляется в центробежный шелушитель (СИМО ЦШС - 3) 8, где зерно вращающимися дисками разгоняют до скорости 55-58 м/с и направляют в неподвижную стальную преграду. При соударении оболочки зерна, имеющие вышеуказанную влажность, разрушаются и при дальнейшем перемещении по каналам отделяются. Использование центробежного шелушителя позволяет обеспечивать шелушение зерна без деления на фракции, что упрощает процесс переработки зерна. Полученный после шелушения продукт подают в очистительную машину (ПСМ-10) 3 , где отделяют шелуху от ядра зерна-крупу. Крупу транспортером (Н-3) 2 подают в бункер крупы 1, а затем на зерносушилку (СЗ-10) 10. Подсушенную крупу до кондиционного содержания 13% (необходимого для хранения) транспортером (Н-3) 2 перемещают в последний бункер 1, где его сгружают в грузовики для дальнейшей транспортировки на склады, либо на мукомольные предприятия.[28].

Рисунок 1.4 - Технологическая схема послеуборочной обработки гречихи

1.4 Выбор технологического оборудования для технологического процесса по послеуборочной обработке гречихи

Здесь приведены изображения и технические характеристики выбранного оборудования для выполнения данного технологического процесса.



Рисунок 1.5 - Транспортер Н-3

Таблица 1.7 - Техническая характеристика нории ленточной ковшовой типа Н-3

Показатели	Величина
Производительность, т/ч	3
Мощность двигателя, кВт	0,75
Частота вращения приводного барабана, об/мин	90

Рисунок 1.6 - Пневмосортировальная машина ПСМ-10: 1-бункер приемный; 2- устройство для регулировки подачи материал; 3-пневмосортировальный канал; 4- сетка поддерживающая; 5 -устройство выгрузное очищенного материала; 6- камера осадочная; 7- устройство выгрузки отхода; 8- механизм регулирования воздушного потока; 9- вентилятор; 10- рама вентиляторов; 11- фильтрующий элемент; 12-корпус фильтра; 13-кронштейн 24 фильтра; 14-хомут; 15- рукав; 16- пульт управления

Таблица 1.8 - Техническая характеристика пневмосортировальной машины ПСМ-10

Показатели	Величина
Мощность, кВт В том числе: Вентилятор Загрузчик зерна Разгрузочные элеваторы	18 15 1,1 1,5 х 2
Производительность, т/ч	До 10
Эффективность очистки от отделимой сорной примеси %,	40
Расход воздуха на аспирацию и пневмосортирование, м3/ч	14500

Рисунок 1.7 - Транспортер шнековый ТСШ -150

Таблица 1,9 - Техническая характеристика транспортера шнекового ТСШ - 150

Показатели	Величина
Производительность, т/ч	До 3
Диаметр трубы, мм	150
Мощность, кВт	1,1



Рисунок 1.8 - Пропариватель А9-БПБ

Таблица 1.10 - Техническая характеристика пропаривателя А9-БПБ

Показатели	Величина
Производительность (гречиха при цикле 12 мин), т/час	2,8
Установленная мощность, кВт	2,2
Объем полный загрузки, м3	1
Рабочее давление, МПа	0,35

Рисунок 1.9 - Триер типа ТЦК - 700

Таблица 1.11 - Техническая характеристика ТЦК - 700

Показатели	Величина
Производительность, т/ч	2,5
Эффективность очистки, %	80
Мощность, кВт	0,75



Рисунок 1.10 - Центробежный шелушитель ЦШС - 3

Таблица 1.12 - Техническая характеристика центробежного шелушителя ЦШС-3

Показатели	Величина
Производительность, т/ч	2,4
Технологический эффект, %	85
Мощность, кВт	9,5
Частота вращения ротора, об/мин	2850

Рисунок 1.11 - Зерносушилка СЗ-10

Таблица 1.13 - Техническая характеристика СЗ-10

Показатели	Величина
Производительность, т/ч	10
Мощность, кВт	59
Вместимость сушилки, м3	14

2. Выбор электропривода для вентилятора от ПСМ-10 и разработка электрической схемы автоматического управления зерноочистителя и последующих аппаратов переработки гречихи

2.1 Выбор электродвигателя по частоте вращения и установление кинематической схемы системы «электродвигатель-вентилятор»

Очистка зерна осуществляется воздушным потоком и основана на разности скоростей витания основной культуры и примесей. Технологический процесс очистки и сортирования семян происходит следующим образом. Из приемного бункера материал подается в пневмосортировальный канал, в который установлены барьеры, обеспечивающие равномерное распределение скорости воздушного потока. Больше скорости витания семян основной поступают в осадочную камеру. В осадочной камеры фураж выгружается с помощью клапана, который закрывает выпускное отверстие под действием груза. Отработанный воздух вентилятором выбрасывается наружу.

Таблица 2.1 - Исходные данные необходимые для обеспечения надлежащей работы установки

Обозначение	Наименование	Величина
v	Скорость движения воздушного потока, м/с	36,2
D	Диаметр рабочего органа установки, мм	560
?	Производительность установки, м3/с	14500
Р	Полное давление, создаваемое вентилятором, Па	2500
n	Частота вращения вентилятора, об/мин	1500

Пользуясь исходными данными, мы можешь выбрать необходимый двигатель с соответствующими параметрами.

Определяем скорость вращения барабана рабочей машины щм , рад/с :

 (2.1)

щм - скорость вращения приводного вала рабочей машины, рад/с;

R - Радиус рабочего органа, м.

Определяем скорость вращения электродвигателя щдв, рад/с:

(2.2)

где - синхронная частота вращения электродвигателя, об/мин.

Так как при выборе электродвигателя есть возможность выбрать его номинальные данные с одинаковой частотой вращения электродвигателя и вентилятора, то исключается необходимостьустановки передаточного устройства.

Рисунок 2.1 - Кинематическая схема системы «Электродвигатель-рабочая машина»: АД - электродвигатель; Р.М. - рабочая машина.

2.2 Расчет и построение механической характеристики

Определяем момент сопротивления номинальный Мс.н., Н*м:

(2.3)

- мощность необходимая для привода вентилятора, Вт;

- скорость вращения ЭД, рад/с;

=12.590 кВт (2.4)

- производительность вентилятора, м3/с

- напор вентилятора, Па

- к.п.д. вентилятора, о.е.

Рисунок 2.2 - Механическая характеристика вентилятора

2.3 Расчет и построение нагрузочной диаграммы вентилятора

Обычно вентиляторы работают в длительном режиме с постоянной нагрузкой Мс.н., поэтому нагрузочная диаграмма представляет собой прямую линию параллельную оси времени (Рисунок 2.3).



Рисунок 2.3 - Нагрузочная диаграмма вентилятора

2.4 Предварительный выбор электродвигателя по мощности и режиму работы

По нагрузочной диаграмме рабочей машины определяется режим работы электродвигателя: рабочая машина работает в длительном режиме с постоянной нагрузкой, следовательно:

Где - момент сопротивления, приведенный к валу, Н * м

Определяется мощность электродвигателя , кВт, вентилятора:

= 1,1 * 12,59 = 13,849 кВт (2.5)

- коэффициент запаса для привода вентилятора (для центробежного вентилятора е.о. = 1,1)

По каталогу выбирается электродвигатель длительного режима (S1) согласно условию:

Таблица 2.2 - Технические характеристики двигателя

Мощность, Рн, кВт	Частота вращения, nн, об/мин	Ток статора, Iн, А	КПД ??н, %	Cosцн				Параметры схемы замещения, о.е.	Момент инерции ротора, кг*м2	Масса, кг
2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
15	1455	28.5	90	0.86	7	1.9	2.9	0.047	0.025	0,0033	100

2.5 Определение приведенного момента инерции системы «электродвигатель-рабочая машина»

Определяем момент инерции системы Jсист., кг*м2 :

(2.6)

- момент инерции ЭД, кг*м2;

- момент инерции рабочей машины приведенный к валу ЭД, кг*м2..

(2.7)

щн- номинальная скорость вращения ЭД, рад/с;

- масса поступательно движущихся частей машины, кг;

2.6 Определение времени пуска системы «электродвигатель - рабочая машина» методом Эйлера с использованием ПК

Таблица 2.3 - Исходные данные

Тип двигателя	Рн, кВт	nc, об\мин	nн, об\мин	µк	R1'	R2"	Jсист, кг*н2	Mc.н., Н*м
АИР160S4	15	1500	1455	2,9	0,047	0,025	0,279	80

Таблица 2.4 - Промежуточные расчеты

щн, рад\с	Мн, Н*м	Мкр, Н*м	Sн	Sкр	а
152,29	98,4963	285,639	0,03	0,1687	1,88

Таблица 2.5 - Данные для построения механических характеристик двигателя и вентилятора

s	щн, рад\с	Мдв, Н*м	Мс, Н*м	t, сек
0	157	0	84,02	0,2302
0,1	141,3	305,992	71,0962	0,2823
0,2	125,6	282,517	59,5328	0,2636
0,3	109,9	261,12	49,3298	0,244
0,4	94,2	210,502	40,4872	0,2233
0,5	78,5	176,323	33,005	0,1976
0,6	62,8	151,692	26,8832	0,167
0,7	47,1	133,099	22,1218	0,1319
0,8	31,4	118,567	18,7208	0,0924
0,9	15,7	106,895	16,6802	0,0486
1	0	97,3157	16	0



Рисунок 2.4 - Определение времени пуска системы «электродвигатель-вентилятор» методом Эйлера

2.7 Проверка выбранного электродвигателя по нагреву, пусковому моменту и перегрузочной способности

Электродвигатель проверяется по нагреву по нагрузочной диаграмме электродвигателя Мдв. = f(t) с учётом пуска и торможения согласно условия:

15 кВт ? 13,849 кВт

где - номинальная мощность предварительно выбранного электродвигателя, кВт;

- расчетная мощность электродвигателя кВт.

Если время пуска меньше 8 секунд (0,1 с) и электродвигатель останавливается за счёт сил сопротивления (т.е. нет электрического торможения), то условие уже выполняется, следовательно, электродвигатель по нагреву проходит.

Проверка электродвигателя по пуску:

При пуске электродвигателя следует учитывать возможное снижение напряжения в сети. При пониженном напряжении электродвигатель должен запустить рабочую машину, следовательно, должно выполняться условие:

(2.8)

где - момент пусковой электродвигателя, Н*м;

- коэффициент учитывающий возможное снижение напряжения в сети при пуске электродвигателя;

- момент трогания рабочей машины: Мтр = 0,2*80 = 16 Н*м.

Определяем пусковой момент электродвигателя:

(2.9)

где - кратность пускового момента = 0,2;

- момент номинальный электродвигателя = 270 Н*м.

Проверка электродвигателя по перегрузке:

Электродвигатель по перегрузке проверяется по нагрузочной диаграмме электродвигателя М = ѓ(t). Электродвигатель вентилятора работает в длительном режиме с постоянной нагрузкой и прошёл по пуску, следовательно, по перегрузке электродвигатель тоже проходит.

2.8 Окончательный выбор электродвигателя

В общем случае выбор электродвигателя производится по роду тока и величине напряжения, частоте вращения, мощности и режиму нагрузки, форме исполнения по условиям монтажа и условиям защиты от окружающей среды.

После выбора электродвигателя (его базового обозначения) следует выбирать его по климатическому исполнению и категории размещения по ГОСТ 15150-69, а также указать степень защиты электродвигателя.

АИР160S4 - А - асинхронный; И - унифицированная серия ; Р - привязка мощности к установочным размерам , габариты и шкала мощностей соответствует двигателям серии 4АМ; 160 - высота оси вращения, мм; S - установочный размер по длине станины ; 4 - число полюсов. Электродвигатель выбран по базовому исполнению; по климатическому исполнению - умеренный климат (t от +400С до -450С); по категории размещения 3 - эксплуатация в закрытых помещениях с естественной вентиляцией; степень защиты электродвигателя - IP44: 4 - защита от проникновения проволоки или твёрдых тел размером 1 мм, 4 - защита от брызг.

2.9 Описание работы принципиальной электрической схемы управления зерноочистителя и транспортера

После внимательного изучения технологической схемы установки или технологического процесса, состоящего из ряда установок и требований, предъявляемых к схеме автоматического управления, составляется принципиальная схема автоматического управления.

Схема управления зерноочистителем и транспортером показана на рисунке 2.4.

В ручном режиме:

При включении QF1 подается напряжение на цепь управления. При включении впереди стоящего аппарата (ТСШ-150), магнитный пускатель включается и замыкает контакты КМ19, вследствие чего цепь управления может быть включена Загорается лампа HL1, сигнализирующая о наличии напряжения в цепи управления.

При нажатии кнопки “пуск” SB2 получает питание катушка магнитного пускателя КМ1, что вследствие замыкает контакты КМ1-1 и включается двигатель вентилятора М1. Так как был включен магнитный пускатель КМ1 также замыкается контакты КМ1-2, что позволит подать ток на следующую ступень управления разгрузочного транспортера. При включении контакта замыкающего с замедлением«Пуск» SB4, магнитный пускатель КМ2 включается через некоторый промежуток времени, за который двигатель вентилятора достигает нужных оборотов. При включении магнитного пускателя КМ2 замыкаются контакты КМ2-1 обеспечиваю следующую ступень управления разгрузочного транспортера М2. При нажатии кнопкиSB6 получает питание катушка магнитного пускателя КМ3, что в свою очередь замыкает контакты КМ3-1, для включения двигателя, и КМ3-2, для обеспечения последующей цепи управления током. При нажатии кнопкиSB8 получает питание катушка магнитного пускателя КМ4, что в свою очередь замыкает контакты КМ4-1, для включения двигателя загрузки М4, и КМ4-2, для обеспечения последующей цепи управления током. При нажатии кнопки SB10 получает питание катушка магнитного пускателя КМ5, что в свою очередь замыкает контакты КМ5-1, для включения двигателя М5 транспортера Н-3. При включении каждого магнитного пускателя загорается сигнализирующая лампа HL.

В автоматическом режиме:

При включении QF1 подается напряжение на цепь управления.При включении впереди стоящего аппарата (ТСШ-150), магнитный пускатель включается и замыкает контакты КМ19, вследствие чего подается напряжение на катушку реле времени КТ1, что в свою очередь обеспечивает последовательное замыкание контактов КТ1-1, КТ1-2, КТ1-3, КТ1-4 и КТ1-5. на каждой цепи управления. При замыкании КТ1-1 получает питание катушка магнитного пускателя КМ1, который в свою очередь замыкает контакты КМ1-1 предназначенных для запуска двигателя вентилятора М1.При замыкании КТ1-2 получает питание катушка магнитного пускателя КМ2, который в свою очередь замыкает контакты КМ2-1 предназначенных для запуска двигателя разгрузочного транспортера М2. При замыкании КТ1-3 получает питание катушка магнитного пускателя КМ3, который в свою очередь замыкает контакты КМ3-1 предназначенных для запуска двигателя разгрузочного транспортера М3. При замыкании КТ1-4 получает питание катушка магнитного пускателя КМ4, который в свою очередь замыкает контакты КМ4-1 предназначенных для запуска двигателя загрузочного транспортера М4. При замыкании КТ1-5 получает питание катушка магнитного пускателя КМ5, который в свою очередь замыкает контакты КМ5-1 предназначенных для запуска двигателя М5 транспортера Н-3. Загорается лампа HL1, сигнализирующая о наличии напряжения в цепи управления. При замыкании контактов реле времени на каждом участке цепи управления, загорается сигнализирующая лампа HL.



Рисунок 2.5 - Принципиальная электрическая схема управления зерноочистителя и транспортера

2.10 Выбор аппаратуры управления и защиты

а) Выбор автоматического выключателя QF1:

Выбираем автоматический выключателя с комбинированным расцепителем согласно условии:

Uн.в? Uс ;Iн.в? Iн;Iн.расц? Iн/kщ

где Uн.в - номинальное напряжение выключателя, В;

Uс - номинальное напряжение сети, В;

Iн.в - номинальный ток выключателя, А;

Iн - номинальный ток электродвигателя, А;

Iн.расц - ток номинальный расцепителя, А;

kщ -коэффициент, учитывающий нагрев окружающей среды в

закрытых щитках.

Выбор автоматического выключателя: типа ВА47-29-3С; Iн.в= 63 А;Iн.расц= 50 А; Uн.в. = 400 В, который встраивается в силовой щиток типа ЩРН-54 З со степенью защиты IP31 и коэффициентом щитка kщ= 0,9. Внешний вид автоматического выключателя представлен на рисунке 2.5.

400 В ? 380 В; 50 А ? 48 А; 50 А ? 48/0,9 = 43,2 А;

Рисунок 2.6 - Автоматический выключатель ВА47-29

Выбранные расцепители автоматов проверяют на правильность срабатывания:

Ic.п.?Iср.теп.; (2.10)

где Iс.п. - ток срабатывания защиты от перегрузки, А;

Iср.теп. - расчётный ток теплового расцепителя, А;

Iср.теп.=1,25•Iн; (2.11)

Iс.п.=k2•Iн.расц.; (2.12)

где k2 - отношение тока срабатывания защиты от перегрузки к номинальному току расцепителя;

Iср.теп.=1,25•48=60 А;

Iс.п.=1,3•50= 65 А;

65 ? 60

б) Выбор автоматического выключателя QF2:

Выбор автоматического выключателя: типа ВА47-29-3С; Iн.в= 63 А;Iн.расц= 32 А; Uн.в. = 400 В, который встраивается в силовой щиток типа ЩРН-54 З со степенью защиты IP31 и коэффициентом щитка kщ= 0,9.

400 В ? 380 В; 32 А ? 29А; 32 А ? 29/0,9 = 26,1 А;

Iср.теп.=1,25•26,1=32,6 А;

Iс.п.=1,3•32= 41,6 А;

41,6 ? 32,6

Условия выполняются, выбранныйрасцепитель автомата проходит на правильность срабатывания.

в) Выбор магнитного пускателя типа:

КМИ-23211.

Контактор малогабаритный исполнения КМИ. Контакторы применяютв управлении вентиляторами, насосами, кран-балками, станками, освещением, в системах автоматического ввода резерва (АВР). Номинальный ток Iн. = 32А. Номинальное напряжение катушек управления Uн.в. = 400 В. Внешний вид магнитного пускателя представлен на рисунке 2.7

Рисунок 2.7 - Магнитный пускатель серии КМИ-23211

г) Выбор сигнальной лампы HL1- HL6:

КМ - 24 - 90

КМ - коммутаторная миниатюрная;

24 - напряжение лампы, В;

90 - ток в цепи лампы, мА;

Внешний вид сигнальной лампы типа КМ-24-90 представлен на рисунке 2.8.

Выбор добавочного сопротивления Rдоб,Ом, для ламп:

; (2.13)

где Uc - напряжение сети, В;

Uл - напряжение лампы, В;

Iл - ток в цепи лампы, А;

Ом;

Выбираем добавочное сопротивление Rдоб= 2,2 кОм.

Рисунок 2.8 - Внешний вид сигнальной лампы типа КМ - 24 - 90

3. Электрическое освещение цеха по послеуборочной обработке гречихи

Задачей светотехнического расчета является: выбор типа и числа светильников, вида освещения, выбор типа и мощности ламп.

Существуют следующие методы светотехнического расчета:

1. Метод коэффициента использования светового потока.

2. Расчет по удельной мощности.

3. Точечный метод

Расчет будет производиться методом коэффициента использования светового потока. Этот метод применим для всех закрытых помещений. Метод коэффициента использования предназначен для расчета общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей.[18]

Размеры производственного помещения:

Длина А=30 м; Ширина В=8 м; Высота Н=4 м; Площадь S=240 м2.

Выбирается сетевое напряжение: Uс=220 В Система освещения - общая. Вид освещения - рабочее.

Определяются коэффициенты отражения потолка, стен, пола, которые зависят от фона помещения:

потолка спот=70 %; стен сст=50 %; пола спол=30 % [18]

Определяем среду рассчитываемого помещения: сухое, пыльное.

По среде помещения выбираем светильник и источник света: светильник типа BNL 60 WHighBay - полностью пылезащищённый, подвесной, светодиоды типаXT - EWhite 60 Вт.

КСС - Д Равномерная

Нормированная освещённость помещения: Е н = 50 Лк.

Определяется расчетная высота установки светильника:

hр=Н - (hсв+ hp.у.) (3.1)

где Н- высота помещения, м

hсв- высота свеса светильника, hсв=0,5м

hр.у.- высота рабочего уровня, м

hр=4-(0,5+0)=3,5 м.

Расстояние между светильниками в ряду Lа и расстояние между рядами светильников Lв определяется по формуле:

(3.2)

где лс - светотехнически и энергетически наивыгоднейшее относительное расстояние между светильниками.

.

Число светильников в ряду Nа и число рядов Nв определяются:

,; (3.3)

,

При размещении светильников на плане было принято решение разместить 4 светильника в 1 ряд. Действительное расстояние между светильниками Nа(д) при этом составило 7,8 м, а расстояние от ряда до стены Nв(д) составило 2,1 м.

Определяется индекс помещения, зависящий от габаритных размеров помещения:

i= (3.4)

где А- длина, м

В- ширина, м

i=

Определяется световой поток источника излучения:

, (3.5)

где Кз - коэффициент запаса, 1,4.

Z - коэффициент неравномерности освещения, 1,15.

Ен - нормированная освещённость.

S - площадь помещения, мІ,

з - коэффициент использования светового потока, 0,72,

N - количество светильников.

На основании сетевого напряжения и светового потока выбирается светодиодный светильник BNL 60WHighBay , световой поток такого светильника Fл.т составляет 7600 лм, мощность Рл=60 Вт.

Определяется ошибка в расчете:

(3.6)

где Fл.т - значение светового потока для выбранной лампы.

что удовлетворяет условиям проверки.

Мощность осветительной установки определяется из выражения:

 (3.7)

Светотехнические результаты расчётов сведены в таблицу 3.1

Светотехнический расчет аварийного освещения.

Аварийное освещение обеспечивает требуемую освещенность при внезапном отключении рабочего освещения.

Освещение безопасности следует предусматривать в тех случаях, когда отключение рабочего освещения и связанное с этим нарушение обслуживания оборудования и механизмов может вызвать: нарушение работы ответственных объектов. Освещение безопасности должно обеспечивать не менее 5 % освещенности рабочего освещения, но не менее 2 лк внутри зданий и не менее 1 лк для территорий предприятий. При этом внутри зданий освещенность должна быть не более 30 лк при разрядных лампах и не более 10 лк - при лампах накаливания.

Определим минимальную нормируемую освещенность для аварийного освещения:

5 лк (3.8)

5 лк ? 2 лк, что удовлетворяет условиям. Для аварийного освещения выбираем светильники серии светодиодные светильники BNL 15wSPOTLIGHT Gxx. Светильники аварийного освещения располагаем равномерно между светильниками рабочего освещения. Таким образом, для аварийного освещения применим 3 светильников. Рассчитываем световой поток одной лампы по формуле:

= = 933,3 лм (3.9)

Найденная величина потока меньше чем у выбранного нами светильника. Значит данный светильник подходит для установки в этом помещении.

Таблица 3.1 - Светотехническая ведомость

Наименование помещения	Характеристика помещения	Вид освещения	Норма освещенности, лк	Светильник
	Площадь, м2	Расчётная высота, м	Условиям окружающей среды	Коэффициент отражения
							Тип	Число
				стена, %	потолок, %	пол, %
Цех переработки гречихи	240	3,5	Сухая, пыльная	70	50	30	Раб.	50	BNL 60WHighBay	4
							Авар	5	BNL 15wSPOTLIGHT Gxx	3

3.2 Электротехнический расчет

Определяем сечение провода SB, мм2, на вводе:

(3.8)

где - сумма моментов нагрузки на вводе, кВт·м;

б - коэффициент приведения моментов (для 3-х фазной линии снулевым проводом б = 1,85);

- сумма моментов нагрузки на группах, кВт·м;

С - коэффициент, зависящий от напряжения, числа фаз и материала

проводника (для 3-х фазной линии с нулевым проводом, напряжение 380/220 В, алюминиевыми жилами: С = 77, для двухпроводной линии напряжение сети 220 В: С = 7,7);

ДU - потери напряжения (не должны превышать 2,5%).

Определяем сумму моментов нагрузки , кВт·м, на вводе:

(3.9)

где - суммарная мощность осветительной установки, кВт;

LB - длина вводного кабеля, м; (LB = 2,46 м)

По разводке (размещению) светильников на плане цеха (рисунок 3.2) подсчитываем мощности светильников, приходящихся на одну группу в цеху (таблица 3.2):

1 группа: Р1 = 0,24 кВт.

кВт- суммарная мощность осветительной установки.

кВт·м;

Определяем суммарный момент нагрузки на 1 группе. Расчёт ведём от самого удаленного от щита светильника:

(3.10)



Рисунок 3.2 - План цеха переработки с размещение осветительного оборудования

Согласно ПУЭ на вводе осветительного щита сечения медной силовой жилы кабеля принимается не менее 4 мм2. [22]

Выбираем кабель марки ВВГ(5Ч4) мм2 (расшифровка маркировки кабеля: Медные жилы; В - поливинилхлоридная оболочка; В - поливинилхлоридная изоляция; Г - отсутствие брони и покрова). [22]

Выбранное сечение проверяем на нагрев по длительно допустимому току согласно условии:

(3.11)

где Iрасч. - расчётный ток кабеля, А;

Iдоп. - длительно допустимый ток для выбранной площади сечения, А;

(3.12)

0,38?35, следовательно, кабель по нагреву проходит;

Определяем действительные потери ДU, %, на вводе:

 (3.13)

< 2,5 % - условие выполняется.

Выбираем автоматический выключатель на вводе согласно условии:

1) Uн.в. ? Uс.; 2) Iн.в. ? Iрасч 3) Iн.расц. ? Iрасч/kщ (3.14)

где Uн.в. - номинальное напряжение автоматического выключателя, В;

Uс- напряжение сети, В;

Iн.в. - ток номинальный автоматического выключателя, А;

Iрасч. - ток (рабочий) ток вводного участка, А;

Iн.расц. - ток номинальный комбинированного расцепителя автоматического выключателя, А;

Выбираем трёхполюсный автоматический выключатель ВА47 29 3Р 2А с комбинированным расцепителем, Iн.в. = 63 А, Iн.расц. = 2 А;

1) 400 > 380 2) 63>0,38 3) 2>0,38/0,9 = 0,4

Iс.п. ? Iср.теп.; (3.15)

где Iс.п. - ток срабатывания защиты от перегрузки, А;

Iср.теп. - расчётный ток теплового расцепителя, А;

2,6>0,48

Определяем сечение проводников на группе:

Выбираем кабель марки ВВГ (3Ч1,5) мм2;

Выбранное сечение проверяем по нагреву по длительно допустимому току согласно условия:

(3.16)

где Iрасч. - расчётный ток кабеля, А;

Iдоп. - длительно допустимый ток для выбранной площади сечения, А;

(3.17)

0,96?19 , следовательно, кабель по нагреву проходит.

Выбираем автоматический выключатель для группы 1 согласно условий:

1) Uн.в. ? Uс.; 2) Iн.в. ? Iрасч 3) Iн.расц. ? Iрасч/kщ (3.18)

где Uн.в. - номинальное напряжение автоматического выключателя, В;

Uс- напряжение сети, В;

Iн.в. - ток номинальный автоматического выключателя, А;

Iрасч. - ток (рабочий) ток участка №1 (1 группу), А;

Iн.расч. - ток номинальный комбинированного расцепителя автоматического выключателя, А;

Выбираем однополюсный автоматический выключатель ВА47-29 2Р 2А;

Iн.в. = 29 А; Iн.расц. = 2 А;

1) 230 > 220 2) 29 ?1,1 3)2>1,1/0,9 = 1,2;- условие выполняется.

Выбираем осветительный щит типа ЩРН - 9 (З) (Щ - щит; Р - распределительный; Н - навесной; 9 - на 9 модулей; З - с замком), комплектуется автоматическими ВА47 - 63; три модуля занимает вводной 3-х полюсный автомат ВА47 - 29; два модуля укомплектованы групповыми однополюсными автоматическими выключателями ВА47 - 29.

Таблица 3.2 - Расчётно-монтажная схема осветительной сети

4. Электроснабжение внутренних электрических сетей цеха послеуборочной переработки гречихи

4.1 Определение основных параметров электрооборудования

Электрооборудование характеризуется следующими параметрами: тип (серия); вид климатического исполнения и категория размещения, степень защиты оболочки.

В связи с тем, что производственное помещение находится в районе, которое располагается в зоне умер...