Модернизация измельчителя смесителя кормов ИСК-3 (конструкторская часть дипломного проекта)

4 Конструкторская часть

4.1 Анализ назначения и конструкции
измельчителя-смесителя ИСК-3

Измельчитель-смеситель ИСК-3 предназначен для измельчения со-ломы, сена и других компонентов кормосмеси и их смешивания при приго-товлении полнорационных рассыпных кормосмесей в кормоцехах и кормо-приготовительных отделениях ферм.
Он также может быть использован как измельчитель грубых кормов и веточного корма различной влажности.
В состав измельчителя-смесителя входят соответственно измельчи-тель-смеситель, транспортер для выгрузки готовой продукции, металлическая стойка транспортера и комплект пусковой и защитной аппаратуры.
При смешивании кормов могут одновременно вноситься различные микродобавки, а при химической обработке соломы – растворы химических веществ.
Корпус рабочей камеры представляет собой цилиндр, по периметру которого размещено шесть окон. В окнах установлены противорезы и деки, которые с наружной стороны закрыты кожухами. Ножи противорезов под-пружинены, что предотвращает их поломку в случае попадания в камеру твердых предметов.
В корпусе рабочей камеры установлен быстросъемный бункер с устройством для ввода в корм жидких компонентов. В центре рабочей камеры вертикально устанавливают ротор измельчения, на котором жестко закрепле-ны ножи.
Выгрузной транспортер предназначен для выгрузки переработанно-го корма в транспортное средство и состоит из корпуса приемного бункера, выгрузной головки, цепи с натяжным устройством и мотор-редуктора.
В режиме смешивания, предварительно подготовленные к смешива-нию корма загрузочным транспортером подают в приемную камеру измель-чителя-смесителя.
Отсюда они под действием, создаваемого швырялкой, всасывающе-го эффекта поступают в рабочую камеру (камеру смешивания) и распреде-ляются вдоль стенок камеры.
Здесь корм доизмельчается ножами верхнего яруса ротора и рабо-чей камеры, смешивается и по спирали опускается вниз, попадает под дей-ствие ножей и молотков нижних ярусов.
Компоненты корма под действием рабочих органов ротора, проти-ворежущих ножей и зубчатых дек интенсивно перемешиваются, до измель-чаются и превращаются в однородную смесь.
Степень измельчения и интенсивность смешивания корма в рабочей камере регулируется тремя способами: шибером, установленным между ра-бочей
и выгрузной камерами, подбором числа противорезов зубчатых дек, подбо-ром числа ножей установленных на роторе.

Готовая кормосмесь швырялкой подается наружу через выгрузную горловину.

4.2 Модернизация измельчителя-смесителя ИСК-3

Сущность новой разработки заключается в том что, измельчитель смеситель оборудуется дополнительным устройством – молотковой дробил-кой, предназначенной для измельчения концентрированного корма, его до-зирования в приготавливаемую кормосмесь через решето, установленное в нижней части дробилки.
Дозирование концентрированного корма осуществляется путем за-грузки в приемный бункер для концентратов необходимого количества зер-новых.
Молотковая дробилка состоит из: барабана с рабочей и загрузоч-ной камерами, рабочего вала, диска барабана с прикрепленными к нему мо-лотками, верхнего фланца (крышка барабана), двух нижних фланцев с реше-том.
Передача крутящего момента с рабочего вала ротора ИСК-3 на ра-бочий вал молотковой дробилки осуществляется через втулочную муфту 2-1120-60 ГОСТ 24246-96.
Достоинствами данной разработки являются:
1. Повышения качества приготавливаемой кормосмеси.
2. Отсутствие необходимости в применении дополнительного обо-рудования для измельчения и дозирования концентрированного корма в пределах до 1,5 тон.
3. Возможность внедрения разработки на стадии использования оборудования в существующих кормоцехах.
4. Не требует капитальных затрат на строительство фундамента для монтажа дробилки.
5. Высокая надежность и большой ресурс работы оборудования.
6. Рациональное использование полезного объема приемного бун-кера.




Рисунок 1 – Схема модернизированного измельчителя-смесителя ИСК-3

Основные размеры барабана определяем по зависимости удельной нагрузки барабана от производительности:

  , (4.1)

где – удельная нагрузка.

В проектируемой дробилке принимаем , что соответству-ет первому типу дробилок при скоростях молотков .
Принимаем
При проектировании дробилок в зависимости от типа барабанов за-даемся отношением:

  , (4.2)

Для первого типа дробилок . Принимаем .

Диаметр барабана дробилки определяем по формуле:


  , (4.3)

.

Длину барабана определяем по формуле:

  , (4.4)

.

Размеры молотков определяются при условии, чтобы удары при дроблении не передавались на палец подвески, а через него и на подшипники вала барабана дробилки. Рассчитанные таким образом молотки называют уравновешенными на удар.
В общем случае устойчивость движения молотка зависит от соотно-шения размеров радиуса подвески молотка и его длины до подвески .
Из решения дифференциальных уравнений, описывающих сложные колебательные движения молотка, рекомендуется пользоваться соотношени-ем:

  , (4.5)

Учитывая рекомендуемые соотношения, определим длину молотка до подвески:

  ,  (4.6)

Тогда радиус подвески можно определить по формуле:

  ,  (4.7)

.

  , (4.8)

.

Основные размеры подвески молотков и самих молотков представим на рисунке.

Длину и ширину молотка, установленного на удар, выбирают по со-отношениям:

  , (4.9)

.

  , (4.10)

.

Диаметр пальца для подвески молотка определяем из условия его прочности. Для данных соотношений размеров молотка и скоростей движе-ния диаметр обычно получается равным 18...20 см. Принимаем диаметр пальца подвески равным 18,0 см.
Количество молотков определяется при условии, чтобы все молотко-вое поле по ширине дробильной камеры перекрывалось молотками:

  ,  (4.11)

где – длина барабана;
– суммарная толщина дисков барабана, не перекрываемая молотками, ;
– число молотков, идущих по одному следу, обычно равно числу за-ходов винта или числу рядов, принимаем ;


– толщина молотка. Принимаем .

.

Выполняем проверку:

  , (4.12)

где – количество рядов молотков по чертежу, .

.

Проверка сошлась количество молотков определено верно.

Мощность на привод молотковой дробилки определяется как сумма составляющих:

  ,  (4.13)

где - мощность на измельчение материала;
- мощность циркуляцию материала и воздуха в камере;
- мощность холостого хода.

Мощность на измельчение материала определяется по работе из-мельчения:

  ,  (4.14)

где и – коэффициенты, учитывающие удельные затраты энергии на измельчение и имеющие размерность удельной работы, опре-деляются опытным путем. Принимаем для ячменя , .
– степень измельчения.

  , (4.15)

где и – соответственно длина и диаметр частиц до измельчения. При-нимаем для ячменя ;
и – соответственно длина и диаметр частиц после измельчения. Принимаем .

.

Тогда требуемая мощность на измельчение 1,5 т/час зерна ячменя будет равна:

,

Мощность на циркуляцию материала и воздуха в камере определя-ется из допущения, что барабан дробилки работает как вентилятор, у которо-го лопастями являются молотки.
При холостом ходе дробилки мощность равна:

  ,  (4.16)

где – опытный коэффициент, учитывающий конструкцию и режим работы данного вентилятора. Принимаем ;
– окружная скорость по концам молотков.

  ,  (4.17)

.

Условие скорости молотков:

  ,  (4.18)

т.е. скорость молотков должна быть в 1,6...2 раза выше разрушающей скоро-сти.
Поскольку в молотковой дробилке происходят многократные удары молотков по одному и тому же зерну, рабочую скорость молотков можно принимать несколько меньшей (на 15...20 %).
Скорость разрушения можно определить по теории Жуковско-го Н.Е., в соответствии с которой скорость разрушения при упругом ударе зависит от скорости распространения звуковых волн в разрушаемом матери-але:

       ,  (4.19)


где – разрушающее напряжение, равное временному сопротивлению при сжатии. Для зерен ячменя (наиболее прочное зерно) ;
– модуль упругости зерна, ;
– скорость распространения звука в разрушаемом материале;
– плотность материала, для ячменя .

Тогда скорость разрушения материала:

  ,  (4.20)

,

,

.



Из-за отсутствия экспериментальных данных мощность на вентиля-цию и холостой ход принимаем в размере 15...20 % от мощности на измель-чение.
Тогда полная мощность дробилки:

  , (4.21)

.


4.4 Расчет соединений вал ступица с подбором посадок

Шпонкой называют деталь, соединяющую вал и ступицу для переда-чи вращающего момента. Вследствие и надежности конструкции, сравнитель-но низкой стоимости, а также удобства сборки-разборки.
Вращающий момент передается с вала на ступицу боковыми граня-ми шпонки, на которых возникают напряжения смятия, а в продольном сече-нии шпонки возникают напряжения среза.
По ГОСТ 23360-78 таблица 48 [10] определяем основные размеры шпонки, паза втулки и вала для дробилки.



Принимаем: шпонка 18×11×160 ГОСТ 23360-78.
По таблицам 48, 49 [5] определяем предельные отклонения паза, шпонки и втулки: для и предельное отклонение равно +0,2 мм, на длину паза принимаем отклонение , на длину шпонки принимаем отклонение .
По таблице 50 [5] определяем предельное отклонение по ширине . При плотном соединении на валу паз имеет отклонение , шпонка имеет отклонение , втулка .
Допуск параллельности плоскости симметрии паза относительно оси шпоночного паза (Т//) по длине и допуск симметричности шпоночного паза относительно оси (Т÷) задают, чтобы ограничить концентрацию контактных давлений и точного центрирования деталей.
Они находятся по зависимостям [5]:

 (4.22)

 (4.23)

где - допуск ширины паза.

По таблице [2] принимаем для допуск для IT14.





Полученные значения округляем по ГОСТ 26643-81 или по таблице 12 [5]. Принимаем , .
Производим проверочный расчет соединения на смятие боковых граней, выступающих из вала по формуле 4.1 [1]:

   , (4.24)

где - рабочая длина шпонки, ;
- допускаемое напряжение при смятии, по рекомендациям [4] для непо-движных шпоночных соединений со ступицей из стали , принимаем
- крутящий момент на валу.

Определяем момент передаваемый валом по формуле:



   , (4.25)

где - мощность, ;  
- угловая скорость, .

   , (4.26) 

.

Определяем угловую скорость по формуле:

   , (4.27)

где - частота вращения,

,

.

.