Модернизация зерноочистительной машины СМ-4 (конструкторская часть дипломного проекта)

Содержание
3. Конструктивная разработка
3.1 Обоснование необходимости изменения частоты колебания решетно-го стана.
3.2 Расчет частоты колебаний решетного стана .
3.3 Обоснование к выбору вариатора
3.4 Расчет клиноременной передачи.

Суть проекта заключается в сокращении потерь зерна в общем объеме зерноотходов и повышении степени очистки зернового материала .
Зерновые культуры разного вида отличаются друг от друга по физико-механическим, геометрическим параметрам, а также по плотности.
Поэтому, учитывая вышеизложенное, недопустимо производить очи-стку и сортировку различных культур одним и тем же режимом обработки.
Правильно выбранный режим очистки, позволяет сократить потери путем наиболее качественной очистки зерна и повышение класса очищенного зерна , что несомненно приводит к повышению экономической эффективности хозяйства.
Наилучший результат достигается при режиме относительного движе-ния материала без отрыва частиц от поверхности решета, когда частица постоянно находится в движении в поисках калиброванного отверстия.
Внедрение спроектированного клиноременного вариатора на зерноочистительную машину СМ-4, позволяет расширить диапазон регулирования частоты колебания решетных станов и подобрать необходимый режим очистки материала для каждой конкретной зерновой культуры


3.Конструктивная часть.

3.1 Обоснование необходимости изменения частоты колебания решетного стана.

В ряде случаев для осуществления заданного технологического процесса необходимо регулировать угловую скорость рабочей машины. В нашем же случае при обработке различных зерновых культур необходимо плавное бесступенчатое регулирование скорости колебания решет, а именно применение вариатора. Так как применение одного и того же режима обработки зерна различных культур недопустимо в следствии различных физико-химических и геометрических параметров зерна.

3.2 Расчет частоты колебаний решетного стана .

Характер относительного движения зерна , как и показатель кинематического режима работы решета К , различны . Это обуславливается тем , что зерновой материал поступающий на обработку , отличается по влажности , плотности , геометрическим параметрам , коэффициенту сопротивления φ . Коэффициент сопротивления для каждой культуры своего вида имеет свое значение , так для зерновых культур он находится в диапазоне φ =26-32.
В зависимости от соотношения показателей К , Кв , Кн возможны раз-личные режимы относительного движения слоя семян по решету с отрывом от его поверхности и без его отрыва.
Определяем частоту вращения приводного вала (шкива) ,при которой слой семян , не отрывается от поверхности решета и отрывается. Чтобы гарантировать перемещение зерна со сдвигом преимущественно вниз должно быть подчинено взаимосвязи К>Кв>Кн.
Данные значения вычисляем по формулам :

Λ=2r/g (3.1)

Определяем частоту вращения приводного вала (шкива), при которой слой семян не отрывается от поверхности решета. Это возможно лишь при условии, когда Λ Λ0, Λ0-граничное значение показателя режима где

Λ=2r/g

ω=П n/30 (3.2)

Кв= sin(+ω)/cos(++ω) (3.3)

Кн= sin(ω-)/ cos(++ω) (3.4)

Где Кв-движение частицы вверх
Кн- движение частицы вниз
r-амплитуда колебания решета 
-постоянный наклон решета
ω –коэффициент трения
-угол приложения силы для колебания решета.

Анализируя, видим ,что конструктивные параметры угла ,угла -неизменны, а значит подстраиваемся на необходимый нам диапазон обработки материала.
Рассмотрим выбор граничных значений для зерновых культур:

ω =26...320

Движение слоя семян по решету без отрыва.
Это возможно лишь при условии, когда К<Ко, где
Ко- граничное значение показателя режима.

Λо=cos/sin(+) (3.5)

Ко=cos4°/ sin(4+20)=2.45

Так как К<Ко, следовательно принимаем К=2
При ω =26; =4; =20

Кв== sin(4+26)/cos(4+20+26)=0.77

Кн= sin(26-4)/ cos(4+20+26)=0.57

Определим частоту вращения приводного вала (ф. 3.2);

n =30/πω = 30/π √ Λg/r

n =30/3,14 √ 2*9,8/0,015 = 345 (об/мин)

при ω =32;
Кв== sin(4+32)/cos(4+20+32)=1

Кн= sin(32-4)/ cos(4+20+32)=0.83

n =30/3,14 √ 2*9,8/0,015 = 345 (об/мин)

Движение слоя семян с отрывом.

Это возможно лишь при условии, когда К>Ко, так как Ко=2.45 и К>Ко, следовательно принимаем К=3, большие значение брать не целесообразно так как с увеличением К возрастают силы инерции и вибрации, неблагоприятно воздействующие на решетный стан и на всю зерноочистительную машину в целом.

При ω =26;
Кв== sin(4+26)/cos(4+20+26)=0.77

Кн= sin(26-4)/ cos(4+20+26)=0.57

n =30/3,14 √ 3*9,8/0,015 = 423 (об/мин)

при ω =32;

Кв== sin(4+32)/cos(4+20+32)=1

Кн= sin(32-4)/ cos(4+20+32)=0.83

n =30/3,14 √ 3*9,8/0,015 = 423 (об/мин)

Итак, подводя итог нашим расчетам, мы определили необходимый нам диапазон частоты вращения шкива, данного зерноочистительного агрегата К-547А, для качественной очистки зерна при различных режимах относительного движения слоя семян по решету без отрыва и с отрывом.

n1 =345 (об/мин)

n2 = 423 (об/мин)

3.3 Обоснование к выбору вариатора

В ряде случаев для осуществления заданного технологического процесса необходимо регулировать угловую скорость рабочей машины. В нашем же случае при обработке различных зерновых культур необходимо плавное бесступенчатое регулирование скорости колебания решет, а именно применение вариатора.
Рассмотрим наиболее распространенные типы вариаторов применяемых в промышленности и с/х.

а.Вариаторы с гибкой связью
- просты по конструкции, и поэтому высокая точность их изготовления не требуется, но диапазон регулирования у них мал, габариты относительно велики.

б.Цепные вариаторы
- в качестве передаваемой связи используют пластинчатую цепь, которая входит в зацепление с конусами, имеющими радиальные канавки. Цепные вариаторы работают в масленой ванне. По сравнению с ременными они имеют меньшие габариты, более долговечны и надежны в работе, но с технико-технологической точки зрения дороже.

в.Фрикционные вариаторы
- с непосредственным касанием контактирующих тел значительно компактнее клиноременных вариаторов и цепных, их применяют при высоких угловых скоростях, они обладают большим диапазоном регулирования. Хорошая работа их в значительной мере зависит от обеспечения необходимого взаимного положения контактирующих тел, что налагает высокие требования на точность изготовления и монтажа, что существенно влияет на стоимость изготовления.
Итак, рассмотрев перечисленные нами ранее типы вариаторов и срав-нив их достоинства и недостатки, технико-экономические показатели, простоту изготовления, рабочие параметры. Применив их к нашему проекту, учитывая передаваемую мощность, относительно небольшой диапазон регулирования, простоту и надежность конструкции, пришли к выводу, что наиболее в полной мере к нашим условиям подходит вариатор с клиноременной передачей.
Диапазон регулирования клиноременного вариатора для бесступенчатого изменения числа оборотов iР равен :

iР = n max/ n min (3.6)

iР= 423/345=1.2

Для обычных стандартных ремней в симметричном вариаторе с одним регулируемым шкивом iР = 1,13-1,3, следовательно проведенные ранее расчеты частоты вращения приводного вала, для наиболее выгодного режима очистки зернового материала, проведены верно и установка вариатора на семяочистительную машину К -547 вполне приемлемо.

Д max =270 мм

iР = Д2 max /Д 2min (3.7)

Дmin = √Д2 max /iР =√2702/1.2=246 (мм)

Дmin = 246 (мм)

Принимаем диапазон регулирования тем больше, чем больше верхнее основание сечение ремня, чем меньше высота ремня и угол φ=26°.

3.4 Расчет клиноременной передачи

Рассчитаем клиноременную передачу мощностью N = 1.5 кВт ; dвщ=125 мм; nдв=950 (об/ мин)
Предварительный выбор сечения ремня производим по рекомендации [2, табл. 32].
Могут быть использованы ремни О, А, Б, принимаем ремень сечением Б с длинной ремня L=2240мм

h = 10.5мм ; b=17мм; b2-=14мм

Определим скорость движения ремня :

V = П*dвщ* nвщ / 60 (3.8)

V = 3,14*125*10 3*(950/60) = 6,2 (м/с)

Номинальную мощность Pо передаваемую ремнем определяем по таблице интерполяции :

Pот = 1,39 кВт ; dвщ=125 мм при скорости Vт = 5 м/с
Так как V больше Vт определяем по формуле передаваемую мощность Pо при Vт = 5 м/с

Pо = Pот * V/ Vт

Pо = 1.39 * 6.2 / 5 = 1.72 кВт

В результате проведенных нами расчетов мы видим , что выбранным нами ремень сечения Б при его длине L=2240 мм , вполне удовлетворяет условиям проектируемой передачи .
Рассчитаем межосевое расстояние “а” по формуле :

а =[ 2*Lp-П *( dвщ+ Д max) + √ (2*Lp-П * (dвщ+ Д max)2)-8(Д max- dвщ)2] /8
(3.9)
а=[2*2240-3,14(125+270)+√(2*2240-3,14(125+270)⌡2-8(270-125)2]/8=807мм

Угол охвата ремня ;
=180 – 57.3° ((Дmin- dвщ) / а ) (3.10)

= 180-57,3°((246-125) / 807) = 171 (град)

Полученное в ходе расчетов значение больше минимального допустимого 120 градусов, поэтому приемлемо.
Рассчитаем высоту конусной части диска H и боковое перемещение μ ;

H=b/(2tg ω/2) ; μ =b-2htg(ω/2) (3.11)

H=17/2*tg13=37 (мм)

μ =17-2*10.5*tg(26/2)=13 (мм)

Осевое усилие пружины Q связано с передаваемой мощностью N ,коэффициент трения μ =0.22 и линейной скоростью ремня

Q=75*N*cos(φ/2)/2*μV (3.12)

Q=75*1.5*cos (26/2)/2*0.22*6.2=40.2 (кг/мм)

Натяжной ролик позволяет в нашем проекте производить изменение скорости вращения вала привода решетного стана непосредственно через клиноременную передачу воздействуя на вариатор, а так же позволяет увеличить угол обхвата меньшего шкива, что значительно влияет на долговечность ремня.

Диаметр ролика :

Dр = (0.8...1) D1 (3.13)

Исходя из условия принимаем Dр = D1

Dр=1* 125 =125 (мм)

Расстояние между малым шкивом и роликом в свету «а»;

а1> D1+D2/2=(125+125)/2=125 (мм) (3.14)

между центрами:
а1 >D1+Dр=125+125=250 (мм)

Расстояние между роликом и большим шкивом в свету а2 > а1. Следова-тельно, принимаем расчетное.