Механизация технологических процессов кормоприготовительного отделения ЧП 'Агросвет' Станично-Луганського района с разработкой измельчителя кормов

Механизация технологических процессов кормоприготовительного отделения ЧП 'Агросвет' Станично-Луганського района с разработкой измельчителя кормов

АННОТАЦИЯ

В данном дипломном проекте приведена краткая характеристика ЧП "Агросвет", дан анализ его хозяйственной деятельности за последние три года.

В расчетно-пояснительной записке произведен технологический расчет кормоприготовительного отделения для свинотоварной фермы хозяйства. Рассчитано и подобрано оборудование.

Выполнен литературный обзор существующих измельчителей сельскохозяйственного кормового сырья.

В конструкторской разработке проекта приводится описание устройства и принципа работы проектируемого универсального измельчителя кормов, а также даны технологические и инженерные расчеты данного устройства.

Помимо этого, в дипломном проекте рассмотрены вопросы безопасности при работе с измельчителем кормов, а также безопасность работ в кормоприготовительном отделении.

Приведен расчет экономической эффективности использования проектируемого кормоизмельчителя.

Дипломный проект включает расчетно-пояснительную записку объемом 69 страниц с приложениями и 9 листов графической части.

ВВЕДЕНИЕ

Основная задача агропромышленного комплекса Украины - достижение устойчивого роста производства продуктов питания, надежное обеспечение страны сельскохозяйственным сырьем.

Важнейшим условием успешного развития свиноводства, а, следовательно, обеспечения населения качественной свининой, является наличие прочной кормовой базы. Только при организации полноценного кормления свиней всех половозрастных групп можно достичь высокой эффективности производства, максимальной продуктивности животных при наименьших затратах кормов на единицу продукции.

Полноценным кормление считается тогда, когда животные обеспечиваются всеми необходимыми элементами питания - протеином, аминокислотами, жирами, углеводами, минеральными веществами, витаминами. Для организации полноценного кормления, рационального использования кормов важно правильно подготовить их к скармливанию.

Существует много способов приготовления кормов для свиней: измельчение зерна, грубых и сочных кормов; запаривание; гранулирование; экструдирование; микронизация и др. Широкое распространение получило приготовление комбинированных силосов, силосов из запаренного картофеля и кукурузных початков.

В данном дипломном проекте предлагается расчет кормоприготовительного отделения ЧП "Агросвет" с разработкой конструкции измельчителя зерна и корнеклубнеплодов.

1. Анализ производственной деятельности предприятия

1.1 Общие сведения о хозяйстве

Совхоз «8 Марта» организован в 1930 году, в 2000 году преобразован в ЧСП «8 Марта», а в 2004 году - в ЧП «Агросвет». Численность работников на 1.01.2005 года составляет 72 человека, из них заняты в с.-х. производстве 55 человек, постоянные работники - 57 человек. Площадь территории хозяйства уменьшилась в связи с организацией с.-х. предприятия «Тонос» и составляет 1250 га. В состав хозяйства входит 2 бригады. Центральная усадьба расположена в Малой Вергунке г. Луганска. Вторая бригада расположена в с. Красный Яр.

Площади бригад приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Площади участков по отделениям

Основной пункт сдачи сельскохозяйственной продукции - город Луганск. Связь между бригадами и пунктом сдачи сельскохозяйственной продукции осуществляется по железной дороге, по асфальтированным дорогам, доступным для проезда автотранспорта в любое время года.

1.2 Анализ отрасли растениеводства

Структура землепользования ЧП «Агросвет» приведена в табл. 1.2. Зерновые культуры в структуре посевных площадей являются ведущей группой и ежегодно занимают свыше 50 % пашни. Кормовые культуры занимают более 30 %, а технические - около 10 %. Основной технической культурой является подсолнечник.

Таблица 1.2 - Землепользование ЧП «Агросвет»

Урожайность озимой пшеницы в отдельные годы в целом по хозяйству составляет 25,5 ц/га, а на отдельных участках достигает до 35 ц/га. Выход основной продукции растениеводства уменьшился из-за отделения земель, но урожайность с.-х. культур остается на прежнем уровне.

1.3 Анализ отрасли животноводства

В животноводстве на данный момент разводят свиней. Животноводство полностью обеспечено необходимыми постройками. Восемьдесят процентов помещений являются типовыми.

Основной породой свиней является крупная белая. Динамика выхода поголовья свиней за последний год: на начало 2005 года - 510 голов, на конец 2005 года - 550 голов (план).

В хозяйстве имеется две свинотоварные фермы, на которых производится основная продукция животноводства.

Процент механизации СТФ составляет 95 %, т.к. поение и раздача кормов в свинарниках-маточниках осуществляется вручную. Свиньям корм скармливают только запаренным. В хозяйстве имеется нехватка концкормов. Из-за этого низкие суточные привесы животных.

Свиноводческая ферма, расположенная во второй бригаде ЧП «Агросвет», в техническом отношении оснащена недостаточно, зачастую используется ручной труд. Потребляемое количество кормов на ферме приведено в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Кормовая база свиноводства

Оборот стада свиней дан в таблице 1.4.

Таблица 1.4 - Оборот стада свиней по ферме

Обслуживающий персонал фермы приведен в таблице 1.5.

Таблица 1.5 - Структура кадров, занятых на ферме

На ферме в различной степени механизированы следующие процессы:

поение животных;

уборка навоза;

приготовление кормов;

раздача кормов.

Водоснабжение фермы осуществляется из артезианских скважин с погрузными насосами.

Поение свиней производится с помощью поилок ПСС-1 и ПБС-1, а поросят- сосунов - ПБП-1. Для механизации уборки навоза в хозяйстве применяются скребковые транспортеры ТСН-2,0Б и ТСН-3,0. Из свинарника маточника навоз убирается вручную через люки. От свинарника отвозят его на прицепе в поле, где складывают в бурты.

Механизация приготовления кормов состоит в измельчении, запаривании и смешивании кормов. На ферме применяется много ручного труда и низкопродуктивного оборудования.

1.4 Анализ цеха механизации

Структура машинно-тракторного парка ЧП«Агросвет» представлена в таблице 1.6.

Таблица 1.6 - Структура машинно-тракторного парка

Затраты на эксплуатацию сельскохозяйственной техники приведены в таблице 1.7.

Таблица 1.7 - Затраты для эксплуатации с.-х. техники в 2004 г.

1.5 Экономический анализ

Согласно перспективному плану продажи продукции животноводства и растениеводства, направление хозяйства остается животноводческо-зерновое. В стоимости товарной продукции животноводство будет занимать 66,5%, а растениеводство - 33,5%. Наибольший удельный вес в стоимости товарной продукции животноводства занимает мясо, а по растениеводству - зерно и подсолнечник. Поэтому основную долю продукции составляет мясо, зерно и подсолнечник.

На 2006 год намечено внесение минеральных удобрений в количестве 2,0 ц на 1 гектар пашни и 100000 тонн органических удобрений. На перспективу урожайность озимой пшеницы планируется довести до 45,0 ц/га, урожайность сена - до 20 ц/га.

Намечено следующее поголовье свиней:

на начало 2006 года - 550 голов;

на перспективу- 810 голов.

Увеличение производства мяса возможно при полном обеспечении кормами и надлежащем уходе за свиньями.

1.6 
Обоснование темы дипломного проекта

Свиноводство является основной отраслью животноводства в ЧП "Агросвет". Мясо свиней используется в хозяйстве на собственные нужды и идет на реализацию.

Большинство технологических процессов на свинотоварной ферме ЧП "Агросвет" механизированы, однако ряд операций (раздача корма, уборка станков) выполняются вручную. Еще одним недостатком является кормление животных сухими кормами.

Как известно, полноценное кормление один из основных путей повышения продуктивности свиней, увеличение производства продуктов свиноводства и снижения их себестоимости. Опыт передовых хозяйств показывает, что продуктивность животных возрастает при увеличении в рационе концентрированных кормов, которые составляют до 60…80 % рациона. Не является исключением в этом отношении и ЧП "Агросвет".

Использование зерновых кормов в естественном виде не эффективно, так как кормовые рационы должны быть сбалансированы по содержанию белков, углеводов, витаминов, микроэлементов и других веществ, стимулирующих развитие и продуктивность животных. Такой комплект питательных веществ содержится в кормовых смесях, основой которых являются комбикорма.

Отечественная и зарубежная практика показывает, что затраты на производство, капитальные вложения и транспорт значительно ниже при использовании цехов и агрегатов для производства комбикормов непосредственно в хозяйствах. Только за счет снижения перевозок стоимость комбикормов такого производства на 15…20 % ниже заводских [4]

В ЧП "Агросвет" для кормовых нужд в животноводстве используются покупные комбикорма. Причем необходимо отметить, что имеется перерасход в использовании данного вида корма, объясняемый отсутствием в рационе свиней полноценных, сбалансированных по питательным веществам кормовых смесей.

В данном дипломном проекте нами предлагается разработка кормоприготовительного отделения для свинотоварной фермы ЧП "Агросвет" с разработкой нового измельчителя кормов. Основные задачи, которые мы поставили перед собой − это получение в хозяйстве собственных комбикормов и дальнейшее их использование, а также повышение продуктивности свиней при использовании для кормления полноценных кормовых смесей.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

.1 Обоснование и выбор технологии подготовки кормов

Технология обработки и приготовления кормов зависит от конкретных условий хозяйства, зоотехнических требований к скармливанию, экономической целесообразности применения тех или иных способов обработки и приготовления кормов.

Технологическое оборудование, применяемое на животноводческих фермах, позволяет применить следующие способы приготовления кормов: механический, тепловой, химический, биологический и биохимический.

В животноводстве чаще всего используют три основных типа кормления − концентратно-корнеплодный, концентратно-картофельный и концентратный. Кроме того, возможны также рационы с использованием отходов перерабатывающей и пищевой промышленности.

Концентратно-корнеплодный тип кормления применяется в большинстве хозяйств, производящих свинину преимущественно на кормах собственного производства.

В зимний рацион включают измельченную зерносмесь, рассыпной и гранулированный комбикорм, измельченную свеклу (сахарную, полусахарную и кормовую), травяную или сенную муку, комбинированный силос.

В летний рацион входят концентраты, комбикорма, зеленая масса бобовых трав и бобово-злаковых смесей. Корма эти скармливают в виде влажных полнорационных смесей.

Концентратно-картофельный тип кормления характерен для районов с развитой отраслью картофелеводства.

Кормовая ценность картофеля обусловлена хорошей перевариваемостью органических веществ, содержанием высококачественного белка и всех аминокислот, в том числе незаменимых. Включение картофеля в рацион улучшает использование перевариваемого протеина на 15 %.

Скармливание свиньям влажных кормовых смесей способствует повышению интенсивности роста при одновременном уменьшении затрат кормов на единицу привеса.

Оптимальная влажность кормосмесей должна быть 65…75 % [3].

Концентратный тип кормления содержит 80 % и более концентрированных кормов.

Наиболее целесообразно скармливать свиньям концентрированные корма влажностью 55…70 %.

Сухой комбикорм применяют в основном для поросят-отъемышей, а также в качестве добавки при кормлении различных половозрастных групп животных.

Применение таких типов кормления вызвано особенностями организма свиней. Свиньи относятся к группе животных с преобладанием кишечного типа пищеварения. В желудке у них пища пропитывается желудочным соком, и частично расщепляются белки и крахмал. Основные процессы переваривания пищи до веществ, которые могут усваиваться организмом, и процесс всасывания последних в кровь и лимфу происходят в кишечнике. Гидролиз белков, углеводов и жиров осуществляется под действием протеологических, аминолитических и липометических ферментов. В полость тонких кишок выделяется сок поджелудочной железы, двенадцатиперстной кишки и кишечный, а также желчь. Основные функции кишечника (секреторная, всасывательная и двигательная) протекают одновременно. Завершается процесс переваривания и всасывания питательных веществ в толстом отделе кишечника [4].

С ростом промышленного свиноводства возрастают требования к технологиям, машинам и оборудованию по подготовке и переработке кормов с целью максимального использования их питательных веществ животными, а также возможности осуществления поточных способов приготовления. Известно, что животные отдают в виде продукции лишь 20…25 % энергии корма, на физическую деятельность затрачивают 25…35 %, а остальная часть выделяется в виде отходов.

Задача подготовки и переработки кормов - уменьшить эти потери за счет повышения перевариваемости и усвояемости кормов.

Наибольшее распространение получили способы подготовки кормов для свиней путем измельчения, влаготепловой обработки и смешивания.

Рабочие машины для таких способов подготовки кормов должны отвечать следующим зоотехническим требованиям:

− при измельчении фуражного зерна, сена и соломы, модуль помола должен быть в пределах 1,0…2,6;

− при измельчении корнеклубнеплодов частиц размером до 5 мм должно быть не менее 70 % по массе, а частиц крупнее 5 мм - не более 30 %;

− при мойке остаточная загрязненность корнеклубнеплодов не должна превышать 3 %, а потери корма - не более 0,1 %;

− запарники-смесители должны запаривать и смешивать корма в однородную массу влажностью 60…85 %, состоящую из любого числа компонентов. В процессе запаривания кормов температура доводится до 100…120 °С при непрерывном помешивании. Неравномерность смешивания допускается не более 5 % [5].

Для свинотоварной фермы ЧП "Агросвет" принимаем концентратно-корнеплодный тип кормления с использованием отходов производства растительного масла - жмыха.

Оборудование и машины проектом предусмотрено разместить в здании размером 66 м в плане и под навесом.

Для приготовления кормовых смесей планируется использовать следующую технологическую схему:

измельчение зерна − подача жмыха и комбисилоса − мойка и измельчение корнеплодов − подача компонентов в запарник-смеситель − запаривание кормовой смеси − выгрузка готового продукта.

Функционально-структурная схема такой технологической линии представлена на листе 3 графической части.

.2 Расчет потребности в кормах

Исходными данными для расчета являются поголовье животных - 40 голов свиноматок и 771 голова откормочного молодняка, а также принятые рационы кормления свиней. Принимаем для откорма свиней концентратно-корнеплодный тип кормления с использованием подсолнечного жмыха (табл. 2.1), а для кормления свиноматок используются кормовые смеси, состав которых приведен в таблице 2.2.

Таблица 2.1 - Примерные рационы для откорма свиней

Таблица 2.2 - Примерные рационы для свиноматок на одну голову в сутки

Кормление животных на свиноферме трехкратное с равномерным распределением суточного рациона подачи корма (33,3%).

Исходя из приведенных рационов кормления (см. табл. 2.1, 2.2) можно сказать, что в кормоприготовительном отделении обработке или переработке подвергаются зерновые и корнеплоды. Комбисилос скармливается в натуральном виде. Расчет ведем для зимнего периода.

Общее количество кормов , кг, подлежащих обработке, вычислим по формуле:

,(2.1)

где  - суточный расход кормов, кг;

 - суточный расход кормов, скармливаемых в натуральном виде, кг.

2.3 Расчет технологических линий

Производительность линии для обработки корнеплодов определяем по формуле:

,(2.2)

где - число выдач корнеклубнеплодов за сутки, =3.

Измельченные корнеклубнеплоды по зоотехническим требованиям допускается хранить 1,5-2 часа, тогда:

.

Производительность технологической линии для подготовки концентрированных кормов определяем из выражения:

,(2.3)

где - время, отведенное для подготовки одной выдачи с максимальным количеством данного вида корма, =2 часа.

Так как кормоприготовительное отделение готовит многокомпонентную смесь, то рассчитываем производительность технологической линии смешивания кормов:

,(2.4)

где  - суммарная масса компонентов, входящих в смесь, состоящая из видов кормов, в суточном рационе животных;

 - время цикла смешивания и запаривания, =1,3 час;

 - число циклов смешивания за время работы кормоприготовительного отделения.

.

Машины и оборудование технологической линии должны обеспечивать подготовку кормов и их выгрузку в установленные сроки и обеспечивать непрерывность работы линии.

Машины и оборудование подбираем для каждой операции согласно схеме технологического процесса (см. лист 3 графической части).

Число машин  выбранной марки определяем так:

,(2.5)

где  - производительность технологической линии, кг/час;

 - производительность машины выбранной марки, кг/час.

Для загрузки зерна в кормодробилку выбираем переносной шнековый питатель ПШ-320/4,0 диаметром шнека 320 мм, расстояние между осями загрузки и выгрузки составляет 1000 мм, масса ПШ-320/4,0 - 339 кг, производительность - до 3 т/ч, потребляемая мощность - 4 кВт.

Для измельчения зерна предназначен разрабатываемый нами измельчитель зерна и корнеплодов. Расчетная производительность измельчителя при работе с зерном составляет, , 195 кг/ч, тогда количество измельчителей составит:

.

Принимаем один измельчитель.

Для очистки поверхности корнеклубнеплодов и измельчения принимаем измельчитель-камнеуловитель марки ИКМ-5 (в случае загрязнения корнеклубнеплодов) или проектируемый измельчитель зерна и корнеклубнеплодов.

Технологическая характеристика ИКМ-5:

Производительность, т/ч - 5;

Расход воды на мойку 1 т корнеклубнеплодов, л - 200;

Высота выгрузки измельченного продукта, мм - 2050;

Число электродвигателей - 3;

Мощность электродвигателей, кВт - 10,5;

Габаритные размеры, мм - 2200х1360х2860;

Масса, кг - 960.

Количество ИКМ-5, необходимых для кормоприготовительного отделения, определяется по формуле (2.5):

.

Принимаем ИКМ-5 - 1 шт.

В случае использования очищенных корнеклубнеплодов можно для измельчения применить разрабатываемый измельчитель зерна и корнеклубнеплодов. При измельчении корнеклубнеплодов расчетная производительность составляет 200…500 кг/ч.

Определим количество измельчителей:

.

Принимаем один измельчитель.

Для смешивания и запаривания кормовой смеси используем смеситель-запарник С-2.

Технологическая характеристика запарника-смесителя кормов периодического действия С-2:

Производительность, т/ч:

без запаривания кормов - 4;

с запариванием - 2;

Продолжительность запаривания, мин - 60-70;

Вместимость смесительной камеры, м³ - 2,9;

Полезный объем, м³- 2,5;

Установленная мощность кВт- 8,5;

Расход пара, кг/ч - 160-200;

Неравномерность смешивания, % - 5-12;

Масса, кг - 2790.

Принимаем один смеситель-запарник.

Для дозирования и загрузки корнеклубнеплодов принимаем один транспортер для корнеклубнеплодов ТК-5Б.

Для загрузки жмыха используется передвижной ленточный конвейер.

2.4 Расчет потребности в воде, паре и электроэнергии

Для размещения технологического оборудования используем кирпичное здание размером в плане 6х6 м² и навес - 6х6 м². Возможна блокировка кормоприготовительного отделения с зерновым складом.

Суточная потребность кормоприготовительного отделения в воде , кг рассчитывается по формуле:

,(2.6)

где  - количество сухого перерабатываемого корма, кг;

 - средняя суточная норма потребления воды кормоприготовительным

отделением, л.

.

Часовой расход воды , м³, определим с учетом коэффициента часовой неравномерности  по формуле:

.(2.7)

Потребность пара на производственные нужды (запаривание кормов)  и отопление кормоцеха  определяем по формуле:

,(2.8)

где  - удельный расход пара, ;

 - удельный расход пара, но отопление помещения, кг/м³, =0.50-0.75 ;

V - объем отапливаемого помещения (6х6х32), V=115,2 м³.

Суточный расход электроэнергии , кВт∙ч, определяем по формуле:

,(2.9)

где,, - мощность установленных в кормоприготовительном отделении электродвигателей, кВт;

 - время работы электродвигателей, час;

 - кратность включения электродвигателей, =3.

.

3. Конструкторская разработка

3.1 Анализ конструкций молотковых дробилок

По назначению молотковые дробилки можно разделить на три группы:

-        специальные, которые перерабатывают конкретные виды кормового сырья, близкие по физико-механическим параметрам, условиями загрузки и регулирования качества и характеристики производимого продукта;

-        универсальные - могут перерабатывать материалы, которые отличаются своими качествами (например, сыпучие и стебельные, сухие и влажные или сочные) и характеристиками продуктов измельчения (мука, сечка, паста), и, наконец, условиями подачи сырья;

         комбинированные, которые совмещают собственно дробление с другими технологическими процессами. Чаще всего это измельчители-смесители.

Результаты научных исследований свидетельствуют, что молотковые дробилки лучше всего использовать для переработки сухих кормов (фуражное зерно), т.к. молотковые дробилки работают по принципу разбивания с перетиранием и скалыванием. Преимуществами молотковых дробилок по отношению к другим измельчителям (вальцевые мельницы, плющилки и т.д.) являются простота конструкции и обслуживания, широкая универсальность, эксплуатационная надежность, низкая металлоемкость.

По конструкции молотковые дробилки бывают (лист 4 графической части) открытого и закрытого типов, с периферийной и центральной осевой подачей сырья в рабочую камеру, с приспособлением для предварительной деформации или дробления сырья без нее, с горизонтальным и вертикальным размещением барабана, с шарнирно подвешенными рабочими органами на барабане и с жестким их креплением, с цилиндрическими и боковыми решетами, а также безрешетные, с вихревой камерой и без нее.

Оценивая главные конструктивные отличия молотковых дробилок, следует отметить, что открытый вариант использования в сравнении с закрытым отличается большей продуктивностью и меньшими энергоемкостью и металлоемкостью процесса, зато уступает ему качеством измельчения. Корм, при одинаковой крупности продукта измельчения имеет худшую равномерность фракционного состава. Открытый вариант не обеспечивает переработку грубых кормов.

Сравнение способов подачи сырья в рабочую камеру свидетельствует, что центральная подача в большей мере способствует затягиванию сырья в камеру дробления и позволяет повысить площадь сепараторной поверхности (до 360° угла охвата камеры).

Периферийная подача отличается более равномерным распределением нагрузки по ширине дробильной камеры, высокой эффективностью первичных ударов молотков, большей равномерностью гранулометрического состава продукта и более высокой степенью измельчения перерабатываемого материала, лучшей организацией и равномерностью воздушного режима в рабочей камере, меньшими энергозатратами на вентиляцию молоткового барабана, возможностью переработки стебельных и кусковых материалов без предварительного резания.

Шарнирная подвеска молотков значительно увеличивает их надежность и долговечность, исключает возможность заклинивания. В случае периферийной подачи в дробильной камере организовывается воздушный режим и за счет этого облегчается поступление сырья в рабочую камеру, повышается эффективность ударного действия и способствует просеиванию продукта сквозь поверхность решета.

Рассмотрев схемы молотковых дробилок, проанализировав их достоинства и недостатки, нами для проектирования выбран следующий тип молотковой дробилки. Проектируемая дробилка имеет камеру закрытого типа с периферийной подачей перерабатываемого материала. На барабане, размещенном вертикально, шарнирно закреплены молотки Т-образной формы. Продукты измельчения, полученные при применении этих молотков, отличаются лучшим качеством, чем продукты, полученные при применении пластинчатых молотков. При применении Т-образных молотков снижается неравномерность износа ударных элементов, а также повышаются эксплуатационные качества (балансировка). Преимуществом данных молотков является снижение трудоемкости на изготовление и металлоемкости.

свиноводство корм измельчитель дробилка

3.2 Требования, предъявляемые к измельчителям кормов

Измельчение - это процесс разрушения перерабатываемого материала с целью уменьшения крупности его частей до размеров, необходимых для эффективного использования продуктов. Зоотехнические требования к подготовленному зерновому корму предусматривают размеры частиц: для крупного рогатого скота - не больше 3 мм, для свиней - до 1 мм, для птицы - до 2…3 мм при сухом кормлении и до 1 мм, если корм производят влажными смесями. Корнеплоды измельчают для КРС на стружку толщиной 10…15 мм.

Сформулируем основные эксплуатационные требования, предъявляемые к измельчителю, а также требования безопасности:

-        поступление технологических материалов к режущим, измельчающим, дозирующим и другим рабочим органам должно быть без дополнительного ручного регулирования (разравнивания, подпрессовывания, дозагрузки и пр.);

-        места прохождения технологического материала, являющиеся рабочей зоной операторов при технологическом обслуживании, должны быть снабжены дополнительными средствами защиты, исключающими производственную опасность;

         измельчающие барабаны дробилок и машин для подготовки кормов должны быть статистически и динамически отбалансированы;

         расположение точек смазки должно обеспечивать удобный и безопасный доступ к ним;

         наружные поверхности всех защитных ограждений приводов и карданов должны быть окрашены в отличительный сигнальный цвет (красный или желтый). Допускается вместо сплошной окраски нанесение 3-4 полос сигнального цвета под углом 45^о на поверхности плоских защитных ограждений;

         узлы, системы и оборудование машины, выход из строя которых влечет за собой аварии, должны иметь повышенную прочность;

         в электрической схеме машин должна быть предусмотрена защита от перегрузок и короткого замыкания. В случае перегрузок по технологическим причинам устанавливается защита, обеспечивающая автоматическую разгрузку и отключение;

         машина должна обладать минимальными энергозатратами и оптимальными экономическими показателями.

3.3 Технологический процесс проектируемого измельчителя

Малогабаритный универсальный измельчитель кормов предназначен для измельчения различных видов фуражного зерна и корнеплодов. Измельчитель можно использовать для подготовки кормов к скармливанию на малых фермах крестьянских и индивидуальных хозяйств.

Измельчитель кормов эксплуатируется с приставкой для измельчения зерна или с приставкой для измельчения корнеплодов. Приставки сменные, они легко устанавливаются и снимаются.

Измельчитель состоит из рамы, дробильного ротора с молотками, корпуса, электродвигателя привода мощностью 0,75 кВт, зернового бункера и решета. При измельчении корнеплодов на измельчитель устанавливают ножевой барабан (см. лист графической части) и питающий бункер для подачи корнеплодов.

Зерно измельчается, попадая под удары молотков и об острые края отверстий решета. Молотки на роторе крепятся шарнирно с интервалом 90^о. Решето цилиндрическое, сварное, двухсекционное.

На одной из секций просверлены отверстия диаметром 3 мм, на второй - 4 мм. В зависимости от требуемой степени измельчения зерна решето легко устанавливается секцией с соответствующим диаметром отверстий против выгрузной горловины.

Подача зерна в дробильную камеру осуществляется через отверстие в нижней части зернового бункера. Для регулировки подачи зерна в камеру загрузное отверстие перекрыто регулировочной пластиной, изменяя положение которой, изменяют поток зерна из зернового бункера.

Выгрузка измельченного продукта осуществляется в мешок, который закрепляют внизу корпуса дробилки при помощи кулачка.

Привод измельчителя продукта осуществляется от электродвигателя, на валу которого закрепляется дробильный ротор с молотками посредством шпоночного соединения. По мере износа отдельных граней молотков дробильного ротора или всего молотка нужно переставить грани или полностью заменить молоток.

Внутри рамы измельчителя размещена аппаратура управления машиной: амперметр, показывающий нагрузку ротора электродвигателя измельчителя; кнопки включения измельчителя; сигнальная лампа включения сети и блок автоматического управления.

В электронный блок измельчителя входят устройства температурной защиты электродвигателя и звуковой сигнализации аварийной ситуации.

Обработка корнеплодов осуществляется следующим образом. Корнеплоды из бункера попадают на измельчитель ножевого барабана и в измельченном виде выбрасываются наружу по лотку. Корнеплоды поднимают к ножевому барабану при помощи (посредством) устройства, установленного в бункере, состоящего из рукоятки и прижима. Степень измельчения корнеплодов после обработки составляет 15 мм.

3.4 Технологические, энергетические и прочностные расчеты

3.4.1 Технологические и энергетические расчеты

Перед тем, как определить расчетную производительность дробилки, необходимо вначале найти основные размеры барабана - диаметр D и длину L. Связь между размерами барабана и заданной производительностью выразим через показатель ,  - удельной нагрузки. Удельной нагрузкой дробилки называют отношение секундной расчетной производительности  к площади диаметральной проекции D∙ L барабана, т.е. . Заданная производительность должна быть не меньше, чем у прототипа, т.е. .

Длину барабана определим по формуле:

, мм(3.1)

где  - соотношение размеров  и , .

Учитывая это равенство, найдем диаметр барабана:

,(3.2)

где  - удельная нагрузка, .

Подставив значение в формулу (3.2), получим:

.

Округляем до ближайшего по таблице нормальных линейных размеров (по ГОСТ 6636-69): =300 мм.

Длину барабана определим, подставив значение в формулу (3.1):

.

Схема работы молоткового барабана представлена на рис. 3.1.

Определим отношение  приведенной длины  к общей длине  молотка по выражению:

,(3.3)

где  [11];

 [11];

 - выбираем из таблицы, исходя из диаметра барабана, при =300 мм

.

Рисунок 3.1 - Схема работы молоткового барабана

Подставив значение в формулу (3.3), получим:

Исходя из диаметра барабана  и принимаемого соотношения , приведенная длина молотка будет равна:

,(3.4)

где ;

Отношение  принимаем равным 1 [13].

Подставив значение в формулу, получим:

Принимаем 70 мм.

По найденным значениям , отношению , принятым отношениям , , ,  последовательно определяем длину , ширину  и диаметр  отверстия молотка, расстояние  от центра удара до конца молотка, радиус  окружности, на которой расположены центральный подвес (пальцев) молотка.

Общая длина молотка составит:

.

Принимаем а = 110 мм..

Ширина молотка составит:

.

Диаметр отверстия молотка принимаем в пределах 10…20 мм [13].

Принимаем d = 12 мм.

Радиус окружности, на которой расположены оси подвеса молотков:

;

а диаметр этой окружности:

.

Расстояние от центра удара до конца молота:

.

Определим расстояние l от оси подвеса до центра масс молотка ЦМ по формуле:

,

где ;

.

Подставив значение в формулу, получим

.

Далее определяем число молотков на барабане и порядок их размещения. При этом учитываются следующие требования:

1.      Молотковое поле должно быть полностью перекрыто молотками по ширине дробильной камеры.

2.      Порядок размещения молотков не должен нарушать статистической и динамической уравновешенности барабана.

Учитывая эти условия, число молотков Z составит:

(3.5)

где  - длина барабана, мм;

 - суммарная толщина дисков, не перекрываемая молотками, м; принимаем

 исходя из того, что рабочая поверхность молотка перекрывает все пространство;

 - число молотков идущих по одному следу; = 4;

 - ширина рабочей поверхности молотка, = 50 мм.

Подставив значения в формулу, получим:

.

Минимальная окружная скорость молотка, при которой обеспечивается разрушение зерновки в момент удара, может быть определена из закона количества движения:

,(3.6)

где  - масса измельченной зерновки, для пшеницы масса 1000 зерен равна 20…40 ∙ 10^-3 кг;

 - скорость зерновки до удара, м/c;

 - средняя скорость частиц после удара, м/c;

- средняя сила сопротивления разрушения зерновки, Н;

- продолжительность удара, с.

Исследованиями установлено, что разрушающее усилие при сжатии  составляет при влажности 13…15 % в среднем для фуражного зерна 10…200 Н.

На основании экспериментальных данных установлено, что продолжительность удара составляет =10^-5 с.

Начальную скорость зерновки  в момент встречи ее с молотком принимают приблизительно равной нулю. Следовательно, средняя скорость частиц после удара, при которой наступает их разрушение, может быть определено по формуле:

(3.7)

Подставив значения в формулу (3.7), получим:

Разделив полученную скорость на коэффициент восстановления при неупругом ударе , определим окружную скорость ротора, при которой достигается эффективное измельчение продуктов:

где

Принимаем

Чтобы получить в дробилке действительную скорость соударения молотков с частицами корма, равную разрушающей скорости, рабочую скорость молотков требуется назначить выше, т.к. необходимо учесть скорость - циркуляции кольцевого продуктово-воздушного слоя в камере.

Таким образом, скорость молотков найдем из выражения:

; .

Принимаем

Расчетную секундную производительность дробилки определим в зависимости от конструктивных размеров барабана по следующей формуле:

, кг/с(3.8)

где  - коэффициент пропорциональности, характеризующий выход готового продукта с 1 м² площади диаметрального сечения камеры, для зерновых дробилок =2,4…3,6 кг/с∙м².

Производительность молотковой дробилки при измельчении зерновых кормов составляет:

 = 3,6 ∙ 0,3 ∙ 0,05 = 0,056 кг/с = 194,4 кг/ч.

Принимаем  = 195 кг/ч.

Распределение затрат энергии по отдельным элементам рабочего процесса дробилки для выбора электродвигателя определяем из уравнения баланса мощности

(3.9)

где - мощность, расходуемая непосредственно на разрушение материала, Вт;

 - мощность, расходуемая на создание циркуляции материала в камере, Вт;

 - мощность, расходуемая на холостой ход, Вт;

Расход мощности на преодоление полезных сопротивлений составляет:

(3.10)

где  - производительность дробилки, кг/с;

 - работа, расходуемая на измельчение материала, Дж/кг.

Затраты энергии на измельчение фуражного зерна определим из формулы:

Дж/кг;(3.11)

где  - выражает работу упругих деформаций при принятом методе

механических испытаний зерна, отнесенную к единице его массы,  = 4,6 кДж/кг;

 - представляет работу, затрачиваемую на образование новых поверхностей,

при измельчении 1 кг зерна,  = 8,15 кДж/кг;

 - коэффициент, характеризующий влияние других неучтенных факторов,

которые проявляются в рабочем процессе измельчения, свойства зернового материала, способ измельчения, конструктивные особенности измельчителя,  = 1,45  0,35;

 - степень измельчения материала для отверстия решета 3 мм, при крупности 26 мм  = 2…2,4.

Подставив значение в формулу (3.11) получим:

кДж/кг.

Подставив значения, определим расход мощности на измельчение:

 Вт.

Расход мощности на циркуляцию материала определим по формуле:

; Вт(3.11)

где  - опытный коэффициент, учитывающий конструкцию и режим работы,

 = 0,05;

- окружная скорость молотков, м/с;

 - кратность циркуляции и коэффициент концентрации материала.

Расход мощности на холостой ход предусматривает работу барабана со снятыми молотками, так как затраты энергии на создание воздушного потока учтены расходом мощности на циркуляцию  в формуле (3.11).

Однако из-за отсутствия экспериментальных данных принимаем расход мощности на холостой ход дробилки в размере 15…20 % от , включая сюда и расход на вентиляцию [8].

С учетом этого замечания полный расход мощности составит:

, Вт.(3.12)

Подставив значение в формулу (3.12), получим:

.

Мощность двигателя при постоянной нагрузке определяем по потребляемой мощности на валу рабочей машины  с учетом  (кпд) механической передачи:

, кВт.(3.13)

Подставив значение в формулу (3.13) получим:

 кВт.

Выбираем двигатель марки 4Ф71Ф243ГОСТ15150-69 общего применения, предназначенный для продолжительного режима работы.

Паспортные данные двигателя:

-        мощность - 0,75 кВт;

-        синхронная частота вращения - 3000 об/мин;

         напряжение - 220/380 В;

         род тока - переменный;

         частота тока - 50 Гц.

3.4.2 Расчет молотков на прочность

Основной рабочий орган - молоток рассчитывается из условия обеспечения прочности на растяжение, сдвиг и сжатие от действующей на него центробежной силы в опасных сечениях. Для изготовления молотка принимаем углеродистую конструкционную сталь 45 с  = 610 Н/мм² и  = 360 Н/мм².

Исходные данные для расчета:

 - радиус вращения центра тяжести молотка,

СО - угловая скорость молотка;

рад/с;

 - масса молотка;

 .

Определим напряжения, возникающие в молотке при работе дробилки.

Центробежная сила, действующая на молоток равна:

 Н.

Рассмотрим и определим напряжения, возникающие в молотке от центробежной силы .

Определим напряжение при одноосном растяжении в сечении I-I (рис 3.2):

 Па,(3.14)

где  - ширина молотка,  = 4 см;

 - диаметр отверстия,  = 1,2 см;

 - толщина молотка,  = 0,4 см.

Подставив значения в (3.14) получим:

 Па.

Допускаемое напряжение при этом будет:

; Па.

где - запас прочности принимаемый для молотка, равным 5.

 Па.

Рисунок 3.2 - Опасные сечения в молотке

Напряжение сдвига в сечениях II-II и III-III составит:

; Па.(3.15)

где  - длина молотка,  = 11 см.

 - расстояние от точки подвеса до центра тяжести молотка,  = 3 см.

Подставив значения в формулу (3.15), получим:

 Па.

Допускаемое напряжение на сдвиг составит:

 Па.

Так как касательное напряжение  = 815∙10⁴ меньше допускаемого касательного напряжения , то прочность молотка по касательным молотка обеспечена.

Кроме определения напряжения растяжения и сдвига, молоток необходимо проверить по напряжениям сжатия:

.(3.16)

Подставив значения в формулу (3.16), получим:

 Па.

Допускаемое напряжение сжатия для стали 30ХГС равно  = 5000∙10⁴ Па. Следовательно, напряжение на сжатие молотка, удовлетворяет условию прочности.

3.4.3 Расчет на прочность пальца молотка

Рассчитываем палец молотка на изгиб. Материал пальца: сталь с 600 МПа и  МПа.

Так как ось молотка находится под действием постоянной нагрузки (рис. 3.3), рассчитаем ее на статическую прочность при изгибе. Максимальный изгибающий момент:

; Н∙м [14](3.17)

где  = 0,5 мм.

Рисунок 3.3 - Схема к расчету пальца молотка

Подставив значение в формулу (3.17), получим:

 Н∙м.

Рассчитаем палец на статическую прочность:

,(3.18)

 МПа.

Рассчитаем палец молотка на срез по следующему условию прочности[14]:

; МПа(3.19)

МПа.

Из проверочного расчета видно, что напряжение удовлетворяет условию прочности.

3.4.4 Расчет шпоночного соединения

Для расчета шпоночного соединения определим исходные данные:

 - диаметр вала 20 мм;

 - угловая скорость 333 рад/с;

 - мощность на валу 0,75 кВт;

 - длина ступицы 52 мм.

Сначала определим крутящий момент, передаваемый валом двигателя:

 Н∙м

Ширину и высоту шпонки выбираем по ГОСТ 23360-78, исходя из диаметра вала. Принимаем призматическую шпонку размером 8х7х45. Материал для шпонки: сталь 45. Проверим шпонку на сжатие:

; МПа(3.20)

где  - диаметр вала, м;

 - длина шпонки, м;

 - справочный размер для расчета на сжатие,  = 0,0033.

 МПа.

Проверим шпонку на срез по формуле:

; МПа(3.21)

где - ширина шпонки, м.

МПа.

Исходя из большого запаса прочности, шпонка выбрана верно.

4. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА

4.1 Мероприятия по охране труда

Свиноферма ЧП «Агросвет» может содержать до 100 свиноматок с соответствующим шлейфом поросят.

Генеральный план свинофермы соответствует СНиП II-97-76 «Генеральные планы сельскохозяйственных предприятий. Нормы проектирования». Ферма находится в семи километрах от города Луганска. По рельефу участок фермы находится ниже близ расположенных населенных пунктов.

Ферма оборудована навозохранилищем для сбора хранения и обеззараживания навоза. По территории фермы оборудованы жижесборники, которые регулярно очищаются.

При выполнении некоторых операций технологического процесса на свиноферме используются машины, использующие в значительных количествах масло (редукторы; мотор-редукторы и т.д.). Использованное масло собирается в специальные емкости и затем сдается на утилизацию.

В качестве объекта проектирования нами выбрано кормоприготовительное отделение с поголовьем 811 голов (40 голов основного стада и 771 голова откормочного и молодняка). Кормоприготовительное отделение соответствует требованиям СНиП 2.10.03-84 «Животноводческие, птицеводческие и звероводческие помещения. Нормы проектирования».

В кормоприготовительном отделении имеются следующие вредные и опасные для здоровья людей факторы: опасность поражения электрическим током, попадание людей под движущиеся и вращающиеся части машин и оборудования, применение пара, повышенная влажность.

Оборудование кормоприготовительного отделения соответствует требованиям ГОСТ 12.2.042-91 «Машины и оборудование для животноводства и кормопроизводства. Общие требования безопасности».

Для защиты обслуживающего персонала от поражения электрическим током предусмотрено заземление корпусов машин с повторным занулением согласно ГОСТ 12.1.019-79 «Электробезопасность. Общие требования». Питание электроустановок осуществляется от трехфазной четырех проводной сети с глухозаземленной нейтралью напряжением 380/220 В. Электропроводка осуществляется кабелем АКВВГ (АВВГ) в резиновой изоляции. Кабель проложен в защитных трубах. Для осветительной сети предусмотрен провод АППВ-2.5.

Для подключения электроэнергии предусмотрен шкаф распределительный СПМ75-85УУ3, ящик с рубильником и зажимами типа ЛВ3-31-1, пакетный выключатель трехфазный ГПВЗ-16, магнитные пускатели ПМП-121002.

При вводе в здание трубопроводы разделены диэлектрической вставкой для избежания поражения электрическим током, обслуживающего персонала.

По противопожарным требованиям помещение кормоприготовительного отделения соответствует требованиям СНиП 201.02-85 «Противопожарные нормы проектирования зданий и сооружений». Здание кормоприготовительного отделения относится к III степени огнестойкости категории В.

Источниками возгорания могут служить: замыкание электропроводки, попадание молнии, несоблюдение мер предосторожности при пользовании открытым огнем, зернопродукты и другие корма.

В кормоприготовительном отделении предусмотрены следующие средства пожаротушения: пожарный щит, ящик с песком, пожарные краны, подключенные к трубопроводу, один огнетушитель ОХП-10 и один огнетушитель ОУ-5.

Подвижные части машин, передачи закрыты защитными кожухами и имеют ограждения, которые окрашены в отличительный сигнальный цвет: красный или желтый.

Смеситель-запарник оборудован уровнемером, контролирующим уровень заполнения. Конструкция смесителя-запарника обеспечивает промывку и очистку без спуска в него людей.

Вся пароводная арматура имеет теплоизоляционный слой, защищающий обслуживающий персонал от ожогов.

.2 Расчет естественного освещения

Методика расчета освещения регламентируется строительными нормами СНиП II-4-79 «Освещение. Нормы проектирования». Для расчета естественного освещения необходимы следующие исходные данные:

-        для расчета принимаем помещение кормоприготовительного отделения с размерами: длина - 6 м, ширина - 6 м, высота - 32 м;

-        окраска стен и потолка - белая;

         характеристика зрительных работ - малой точности, наименьший размер объекта различения - 1-1.5 мм;

         вид освещения - боковое одностворчатое;

         вид светопропускающего материала - стекло листовое, двойное;

         расположение светопропускаемого материала - зеркальное;

         вид переплетов - деревянные, двойные;

         степень загрязненности светопропускающего материала - средней загрязненности;

         высота от уровня условной рабочей поверхности от верхнего края окна - 1,5 м;

         площадь стандартного окна - 3,6 м².

Расчет бокового освещения ведется в следующей последовательности:

a)      по характерному вертикальному и горизонтальному разрезам здания и его размерам устанавливаем боковое одностороннее естественное освещение;

b)      определяем разряд работы - V, коэффициент естественного освещения - 1;)         определяем отношение длины помещения L к его ширине:

;(4.1))    определяем отношение ширины помещения В к высоте уровня условной рабочей поверхности до верхнего края окна Н:

;(4.2))          по отношениям L/B и В/Н определяем значение световой характеристики Q=19,5;

f)       определяем значение общего коэффициента светопропускания материала окна

;(4.3))         определяем площадь пола и потолка:

 м²;(4.4))          определяем площадь стен:

 м²;(4.5))     определяем коэффициенты отражения цветовой отделки от пола , потолка , и стен ;

j)       определяем средневзвешенный коэффициент отражения от стен, потолка и пола

;(4.6)

по отношению L/B и В/Н и  определяем коэффициент , учитывающий повышение коэффициента естественной освещенности, благодаря отражению =7.3;)     определяем площадь светопроемов для одной стороны освещения:

, м²(4.7)

где - коэффициент запаса, зависящий от степени загрязненности воздушной среды помещения. Для производственных помещений с вертикальным расположением окон и выделением пыли и газа, к которым относится кормоприготовительное отделение =1.3-1.5;

 - коэффициент, учитывающий затемнение окон противостоящими зданиями

 = 1,0;

 м²;)       определяем необходимое число окон при площади  = 3,6 м²:

.(4.8)

Принимаем 5 окон.

.3 Расчет искусственного освещения

В соответствии со СНиП II-4-79, СП-271, ПУ7, противопожарными требованиями помещение кормоприготовительного отделения имеет повышенную влажность. Для такого вида помещений выбираем светильники типа Р2ПЛ-40М1, предназначенные для освещения влажных и сырых помещений или наружных установок. Они крепятся к потолку не менее чем в трех точках. Для осветительной сети предусмотрен провод АППВ-2,5 с алюминиевыми жилами по ГОСТ 6323-79.

По характеру выполняемой работы и размерам различия объекта определяем разряд работы V и минимально допустимую освещенность  = 150 лк.

По запыленности и загазованности определяем необходимый коэффициент запаса  = 1,8.

Для создания равномерности освещения определим расстояние между светильниками , м:

,(4.9)

где  - высота подвеса светильника над рабочей поверхностью, м.