Реконструкция линии доения и первичной обработки молока на молочно товарная ферме 800 голов СПК «Дружиловичи» с модернизацией танка охладителя KRYOS доильной установки Westfalia (дипломный проект)

Дипломный проект выполнен на 9 листах формата А1 графиче-ской части с расчетно-пояснительной запиской на 85 страницах маши-нописного текста и содержит 16 таблиц, 15 наименований использован-ных литературных источников.
Ключевые слова: ферма, комплекс, механизация и автоматизация процессов, доение, расчет, доильная установка, крупный рогатый скот, коровы, беспривязный способ содержания, WESTFALIA, танк-охладитель «KRYOS».
Цель проекта – разработка линии доения и первичной обработки молока с модернизацией танк-охладитель «KRYOS», доильной установки "Westfalia".
В проекте определена структура поголовья МТФ на 800 голов, установлены рационы кормления, рассчитано необходимое количество во-ды, кормов, выхода навоза, объема хранилищ, установлены потребные площади для содержания скота и размещения оборудования, подобраны необходимые средства механизации.
Конструкторской разработкой является модернизация системы промывки танка-охладителя молока «KRYOS». Приведён расчёт ос-новных его узлов.
В соответствии с заданием описаны разделы по безопасности жизнедеятельности и охране окружающей среды. Дано технико-экономическое обоснование промывки танка-охладителя молока «KRYOS»





СОДЕРЖАНИЕ

РЕФЕРАТ  
ВВЕДЕНИЕ 
1 ПРОИЗВОДСТВЕННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ХОЗЯЙСТВА 
 1.1 Общее положение 
 1.2 Основные задачи и функции 
 1.3 Общие сведения о хозяйстве 
 1.4 Характеристика растениеводства 
 1.5 Характеристика животноводства 
 1.6 Характеристика машинотракторного парка 19
 1.7 Перспективный план развития хозяйства и фермы 
2 РАСЧЕТ И ОПИСАНИЕ ГЕНЕРАЛЬНОГО ПЛАНА ФЕРМЫ 
 2.1 Обоснование способа содержания животных 
 2.2 Расчет структуры стада 
 2.3 Норма и рацион кормления 
 2.4 Расчет суточной и годовой потребности в кормах  
 2.5 Расчет потребности в воде 
 2.6 Определение числа и размеров хранилищ для кормов 
 2.7 Расчет вместимости навозохранилища 
 2.8 Определение площадей выгульных площадок 
 2.9 Ветеринарные объекты 
3 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРИМЕНЯЕМЫЕМЫХ СРЕДСТВ МЕХАНИЗАЦИИ 
 3.1 Механизация водоснабжения 
 3.2 Механизация уборки навоза и поддержание микроклимата 
 3.3 Механизация приготовления кормов 
 3.4 Механизация раздачи корма 
4 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ДОЕНИЯ КОРОВ И ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ МОЛОКА 
 4.1 Зоотехнические требования к первичной обработке молока 
 4.2 Анализ существующих схем доения коров 
 4.3 Анализ схем первичной обработки молока 
 4.3 4.4 Пути снижения энергоемкости процесса доения и первичной обработки молока 
 4.5 Расчет количества операторов машинного доения 
 4.6 Определение часовой производительности линии 
5 КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ 
 5.1 Назначение, устройство, принцип действия и техническая характеристика танка-охладителя молока «KRYOS» 
 5.2 Обоснование разработки 
 5.3 Расчет расхода воды 
 5.4 Расчет вала мешалки 
 5.5 Прочностной расчет вала  
6 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 
 6.1 Анализ состояния охраны труда в СПК «Дружиловичи» и мероприятия по его улучшению
 6.2 Анализ опасных и вредных производственных факторов при использовании доильной установки «WЕSТFALLIA» 
 6.3 Требования безопасности при эксплуатации доильной установки 
 6.4 Обеспечение пожарной безопасности в СПК «Дружиловичи» 
 6.5 Безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных и экологически неблагоприятных ситуациях
 6.5.1 Расчет зоны химического заражения аммиаком при аварии на молочно-товарной ферме на 800 голов 
7 РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ 
 7.1 Исходные данные для экономического расчета 
 7.2 Выбор варианта и их краткая характеристика 
 7.3 Методика расчета технологической карты 
 7.4 Расчет технико-экономических показателей 
 7.4.1 Расчет затрат труда и производительности труда 
 7.4.2 Расчет издержек на эксплуатацию технических средств 
 7.4.3 Определение себестоимости продукции и уровня рентабельности ее производства 
 7.4.4 Расчет показателей эффективности капиталовложений 
 7.4.5 Расчет натуральных показателей 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ 84
ПРИЛОЖЕНИЕ 











5 КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

5.1 Назначение, устройство, принцип действия и техническая характеристика танка-охладителя молока «KRYOS»

Для сельскохозяйственных предприятий, занимающихся производ-ством молока, зарубежными фирмами предлагается большой ассорти-мент оборудования, в том числе холодильного, предназначенного для технологического процесса сбора, охлаждения и хранении молока.
Среди которых можно отметить танки-охладители фирмы «KRYOS». Отличительно особенностью является, то, что они оснащены испарителям S.T.I и S.T.I.L достигается эффективное охлаждение с высо-ким КПД. Танки оборудованы системой динамического подвода воды A.E.D. гарантирующей высокое качество промывки. Танки могут быть укомплектованы отдельными холодильными агрегатами. Помимо этого применение компрессоров типа SCROLL дает экономию электроэнергии до 25%.
Танк соответствует нормам EN 13732 для танков охладителей мо-лока и соответствие электрической норме EN 60204 относительно без-опасности и электрооборудования машин. Помимо стандартной ком-плектации танки «KRYOS» могут быть укомплектованы дополнительны-ми опциями и принадлежностями








Рисунок 5.1 – Танк-охладитель «KRYOS»

Техническая характеристика приведена в табл. 5.1.
Таблица 5.1 Техническая характеристика танков-охладителей «KRYOS»
Тип D=1510
 2400 2700 3100 3600 4200 5200 6200
Макс. емкость в литрах 2660 2960 3260 3760 4350 5325 6350
Количество ножек 4 4 4 4 4 4 4
Количество мешалок 1 1 1 1 2 2 2
Количество моющих го-ловок 1 1 1 1 2 2 2
Длина с компактным агрегатом A 2840 3030 3230 3530 3940 4580 5250
Длина с отдельным агрегатом B 2460 2650 2850 3150 3560 4200 4870
Высота с мотором мешалки C 2020 2020 2025 2030 2050 2060 2080
Высота без мотора мешалки E 1730 1730 1730 1730 1730 1730 1730

Рисунок 5.2 – Техническая характеристика
В конструкции танк-охладителя фирмы «KRYOS» реализованы следующие технические новшества:
• максимальное использование энергии благодаря экс-клюзивному STI- и STIL-испарителю;
• высочайшее качество, соответствующее стандартам и нормам EN, ISO и NF. надежное охлаждение по нормо-классам BII и CII;
• оптимальное охлаждение: охлаждает один надой с 35o до 4o C максимум за 3 часа (при температуре в помещении от 32o C, максимальная температура окружающей среды до 38o C);
• блок управления Expert: самое эффективное управле-ние в своем классе очень удобно в пользовании. Программное обеспечение Expertise(опция) позволяет регистрировать и анализи-ровать абсолютно все данные;
• высокоточное измерение: каждый танк откалиброван индивидуально и имеет калибровочную диаграмму; калибровка признана палатами мер и весов во всем мире;
• эксклюзивный электронный датчик уровня: показы-вает объем молока с высокой точностью.

5.2 Обоснование разработки

Целью конструкторской разработки является модернизация танка-охладителя. Предлагается модернизировать систему промывки внутрен-ней поверхности емкости танка-охладителя, за счет установки на валах мешалок активаторных разбрызгивателей, независимо подвешенных, ра-ботающих (вращающихся) от струи воды подаваемой под высоким дав-лением.
Модернизированные разбрызгиватели не нуждаются в приводе и вращении валов мешалок, они установлены на валы с зазором 2 мм., что позволяет им свободно вращаться под действием струи воды подаваемой под давлением из форсунок. Это позволит проводить санитарную обра-ботку и промывку оборудования без принудительного включения меша-лок и сэкономить электроэнергию.
Повышение эффективности промывки охладителя произойдет за счет улучшения условий распыла моющей жидкости модернизированны-ми разбрызгивателями, которые благодаря своей форме создают множе-ство мелкодисперсных струй и одновременно создают интенсивный поток жидкости по всему внутреннему пространству емкости, что в свою оче-редь снизит энергоемкость процесса промывки и повысит качество техно-логического процесса.
Для реализации модернизации предлагается использовать центро-бежный распылитель и форсунку следующей конфигурации (рисунок 5.3)

Рисунок 5.3 Схема конструкции форсунки с камерой завихрения
1 – корпус; 2 – накладка; 3 – гайка; 4 – гайка; 5 – рассекатель; 6 – камера завихрения; 7 – залушка;8 – шайба; 10 – винт; 11 – кольцо; 12 – штифт.

5.3 Расчет расхода воды

Определим расход воды одним распылителем (форсункой) (кг/ч)
= 113 кг/ч (5.1)
где - коэффициент, зависящий от конструкции форсунки; ;
- диаметр выходного отверстия форсунки, м;

- давление воды, МПа
=113 кг/ч
Для равномерности распыла моющего раствора будем устанавли-вать
по 2 распылителя на каждую секцию. Тогда общий расход жидко-сти составит:
(5.2)
где - количество распылителей на каждом коллекторе, принимаем .
- количество коллекторов для промывки внутренней поверх-ности танка-охладителя. Принимаем .
Тогда общий расход жидкости составит .
Учитывая что, жидкость для промывки циркулирует по замкнутому контуру, для санитарной обработки достаточно 1/3...1/4 от общего рас-хода, т.е. около 120 л.

5.4 Расчёт вала мешалки
Мощность Nл для привода мешалки с учётом действующих на ло-пасти сопротивлений
Nл = (PpVp + PoVo) · Zл / 100 (0.3)
Рассмотрим схему сил, действующих в плоскости перпендикуляр-ной к оси вала мешалки. На лопасть действует равнодействующая R всех сопротивлений отклоненная от нормали N на угол φ трения. Для пре-одоления этой действующей необходимо приложить со стороны лопасти равное R, а противоположное усилиям P. Нормальную составляющую Pr этого усилия расположим по направлении окружной к осевой скоро-стей. В результате получим усилия Pp., сообщающее жидкости враща-тельное движение, и Ро, перемещающие ее в осевом направлении. При этом:
Рр = Pr = cosα и Pp = Pr sinα, Н (0.4)
где Рр– сила по направлению окружной к соевой скоростей, Н;
Pr – нормальная составляющая, Н;
α – угол наклона лопастей к оси вращения вала мешалки , град;
Кроме того, под действием нормальной составляющей равнодей-ствующей R в плоскости движения частиц по лопасти возникает сила трения Fтр = fPn, направленная против относительного движения частиц по лопасти. Разделим силу трения Fтр на окружную и осевую составля-ющие
Fтр = Fтр ·sinα. = fPn · sinα ; (0.5)
Fтр. о. = Fтр · cosα = fPn · cosα (0.6)
Суммируя полученные векторы по направлениям получим сле-дующие значения:
окружного усилия
Рр = Рр + Fтр р = Рn (cosα + sinα); (0.7)
осевого усилия
Ро = Ро - Fтр. о. = Pr (sinα – cosα) (0.8)
При движении погруженной в материал мешалки сопротивление вдоль её распространяются по закону треугольника, или на расстоянии Гср двух третьей длины лопасти от оси вращения.
При не полностью заполненной емкости и при вращении лопасти, глубина её погружения является величиной переменной. С учётом отме-ченного, погружение является величиной переменной.
Следовательно, нормальная составляющая Рn сил сопротивления определяется по формуле
Рn = 9,81 рhсрFлKstg2 [45 + (φ/2)], кН (0.9)
где Ks – коэффициент, учитывающий сопротивление при перемеши-вании материалов;
hср – глубина, равная половине глубине погружения мешалки, м;
Fл – проекция площади лопасти, погружённой в материал, м2;
φ - угол внутреннего трения, град.
Рn = 9,81 ·700 · 0,467 · 0,03 · 2,2 tq2 [45 + (20/2)] = 5736 Н,
Рр = 5736 (cos 45° + sin 45°) = 2868 Н
Ро = 5736 (sin45°– cos45°) = 2811 Н
Значение окружной скорости можно определить по формуле
Vp = W ·rср (0.10)
где W – угловая скорость вращения вала, мин-1;
rср – средний радиус или расстояние от оси вращения до точки приложения равнодействующих сил сопротивления, м.
W = 3,14·n/30 (0.11)
где n – частота вращения вала, рад/сек.;
W = 3,14·30 / 30 = 3,14 рад/сек.,
Vp = 3,14 ·0,375 = 1,17 м/с
Осевая скорость равна
Vo = Vp ·cosα · sinα, (0.1)
Vo = 1,17· cos 45°·sin 45° = 0,9 м/с,
Nм = (2868 · 0,9 + 2811 ·0,17) ·8/100 = 0,35 кВт
По рассчитанной мощности по табл.10.6 [13] выбираем электро-двигатель трёхфазный короткозамкнутый асинхронный АИР132S6 У2 380 В, 50 Гц, IM1081 ТУ16-525.571-84 с частотой вращения 1000 об/мин. и мощностью N = 0,5 кВт. Рассчитываем крутящий момент на валу мешалки
Т = 9,55 · 106 N/n Н ·мм; (0.13)
где N – мощность электродвигателя, кВт
Т = 9,55 ·106 ·0,5/45 = 1167222,22 Н ·мм = 11,24 Н·м
Определяем передаточное число редуктора
И = nдв/nн (0.14)
где nдв – частота вращения двигателя, об/мин;
Nн – частота вращения мешалки, об/мин.
И = 1000/30 = 33,3 об/мин.
По табл. 10. [Ошибка! Закладка не определена.] подбираем мо-тор-редуктор МПз2-63 с передаточным отношением равным 35.
Так как на вал мешалки действуют крутящий и изгибающий мо-менты, то было бы неправильно определять диаметр вала из условий прочности или жёсткости при кручении, необходимости найти эквива-лентный момент, который включает изгибающий и крутящий моменты. Предварительно конструктивно подбираем диаметр вала мешалки – 17 мм, вал имеет трубчатое сечение, так как труба с меньшей металлоёмко-стью имеет большую прочность и жесткость по сравнению с валом.

5.5 Прочностной расчёт вала
На вал будут действовать выше рассчитанные усилия Рn и Ро, а также вес мешалки Fм
Fм = (М тр + М ст + Мв) · g, Н; (0.2)
где М тр – масса трубы, кг;
М л – масса лопасти, кг;
М тр = 3,14· ρ· l (R2 –r2)/3, кг; (0.16)
где ρ – плотность металла, кг/м3;
l – длина трубы, м;
R2 , r2 – наружный и внутренний радиусы соответственно, м
М тр = 3,14 ·7600 ·1,430·(0,0092-0,0062)/3 = 3,2 кг.
Масса стойки М л = 2,1 кг. (принято с чертежа).
Fм = (3,2 + 2,1) · 9,81 = 52 Н.
Составим расчетную схему нагрузок вала (рисунок 0.4).

Рисунок 0.4 – Расчётная схема нагрузок вала мешалки

Определим напряжение, образующееся от изгиба и кручения.
G = Мэкв./Wн ≤ [G-1]; (0.17)
где Мэкв – эквивалентный момент, Н·м; 
Wн – момент сопротивления вала;
[G-1] – предел выносливости переменного цикла, прини-маем за допустимое напряжение [G-1] = 60 МПа.
Мэкв = (0.18)
где Мн – изгибающийся момент, Н·м
Мн = Fм · lм/2 + Рn · lм/2 + Ро · D/2 · K (0.19)
где lм – длина вала мешалки, м; lм = 1,43м.
K – коэффициент заполнения емкости холодильника.
Мн = 1168,3·1,43 /2 + 5736·1,43/2 + 2811·0,73/2·0,8 = 872,9 Н·м
Мэкв = = 881 Н·м
W = 0,1 dH (1-a4),
Найдём наименьший допустимый диаметр вала
dН = Мэкв ·103 0,017 · (1 – а4) /[G-1]
dН =881 ·103·0,017· (1 – 0,84) · /[60·106] = 17,5 мм
Принятый предварительно диаметр вала обеспечивает необходи-мую прочность. Подбираем сортамент: труба стальная водогазопровод-ная по ГОСТ 3262-75. Наружный диаметр равен 17,5 мм. Труба изго-товлена из стали 35 по ГОСТ 1050-88.