3. Конструкторская РАЗРАБОТКА

3.1 Описание и обоснование конструкторской разработки (кормораздатчик ИСРК-12)

Измельчитель-смеситель-раздатчик кормов, предназначен для приготовления (доизмельчения и смешивания) компонентов (зелёная масса, силос, сенаж, рассыпанное и прессованное сено, солома, комбикорма, корнеплоды в измельчённом виде, жидкие кормовые добавки) с применением электронной системы взвешивания кормовой смеси, которая обеспечивает возможность программирования 50 рецептов из 30 компонентов.

Машина состоит из бункера, шнекового рабочего органа, весового механизма, механизма. Бункер в горизонтальной плоскости имеет прямоугольную форму, а в вертикальной поперечной плоскости - призматическую с расширением вверх. На передней стенке бункера закреплен масляный бак гидросистемы машины, дисплей весового механизма управления рабочими органами. Имеется также смотровая площадка и лестница для подъёма на площадку. Сзади бункера имеется решётчатое окно для возможности загрузки различных рассыпных БВД (био-витаминные добавки). В нижней призматической части бункера по его оси установлено два смешивающих-измельчающих шнека. Для доизмельчения массы по всей длине витков шнека установлены ножи с волнистой кромкой лезвия (с зубьями). Для смешивания компонентов корма каждый шнек имеет противоположную навивку витков, обеспечивающих транспортирование смешиваемых компонентов в середину и вверх слева и/или справа по ходу раздатчика, в средней части бункера, установлен выгрузной транспортёр с гидроприводом. Угол наклона транспортёра (высота раздачи в кормушки) регулируется гидроцилиндром. Норма выдачи кормосмеси регулируется шиберной заслонкой выгрузного люка, открываемой с помощью гидроцилиндра. Величина открытия шибера контролируется визуально по положению рычага, связанного со штоком гидроцилиндра, и меткам, нанесённым на специальной линейке, закрепленной на передней стенке бункера. В транспортном положении транспортёр фиксируется в вертикальном положении. По желанию заказчика вместо транспортёра может быть установлен выгрузной лоток для раздачи массы по кормовому проходу ("на кормовой стол"). Регулировка нормы выдачи осуществляется также как и на выгрузном транспортере. Весовой механизм состоит из измерительных весовых стержней, электронного дисплея с клавиатурой управления, видимого из кабины трактора, и коммутационных связей. Измерительная система имеет ручной режим настройки, автоматический режим взвешивания с высвечиванием показаний на индикаторе дисплея, звуковую сигнализацию и блокировку системы взвешивания при переездах агрегата к местам дозагрузки. Базовая модель ИСРК-12 «Хозяин» может быть оборудована грейферным погрузчиком, который монтируется на задней стенке кормораздатчика и в транспортном положении не увеличивает его габариты. Грейфер приводится в действие от бортовой гидросистемы кормораздатчика, способен производить погрузку с углом поворота на 240 градусов и управляется трактористом-оператором из зоны загрузки. Кормораздатчик ИСРК-12Г «Хозяин» подается непосредственно к месту загрузки задним ходом трактора, что особенно важно при работе в траншее. ИСРК-12Ф «Хозяин» оборудован погрузочной фрезой, которая представляет собой барабан на штанге со специальными ножами, который приводится в действие от автономной гидросистемы. Скорость вращения фрезерного барабана до 800 оборотов в минуту. Фреза поднимается на высоту до 4,5 метров и, опускаясь до 20-30 мм, (т.е. практически до самой земли) срезает и забрасывает в бункер вертикальный слой силоса глубиной до 250-300 мм. Производительность (для силоса с влажностью до 55%) не менее 50 тонн/час. Кормораздатчик ИСРК-12Ф «Хозяин» рекомендуется к применению в хозяйствах, у которых в составе кормовых смесей используется свыше 75-80% силоса. Привод рабочих органов кормораздатчика осуществляется от ВОМ трактора, через широкоугольный карданный вал, уникальный 2-хступенчатый планетарный редуктор и систему цепных передач. Управление рабочих органов (включение и выключение, подъем и опускание выгрузного транспортера и шиберов) производится с помощью автономной гидросистемы управляемой дистанционно из кабины трактора.

Машина оборудована бульдозерным ножом, а также механическим стояночным и пневматическим тормозом, сблокированным с тормозами трактора. На задней стенке бункера имеется световая сигнализация, сопряженная с органами управления трактора. Технологический процесс, выполняемый ИСРК-12, осуществляется следующим образом: в первую очередь в бункер кормораздатчика загружаются сухие гранулированные или мучнисты корма при отключённом ВОМ трактора. После переезда под загрузку других компонентов корма (сено, солома, силос) механизатор включает ВОМ трактора, корма загружаются в бункер, где при помощи шнеков происходит процесс измельчения и смешивания. Для уменьшения технологического цикла приготовления кормов процесс измельчения и смешивания производится и во время движения кормораздатчика к местам дополнительной погрузки и разгрузки. Масса каждого погруженного компонента корма контролируется механизатором по монитору. После загрузки бункера кормораздатчика всеми компонентами корма, агрегат въезжает в животноводческое помещение, механизатор опускает выгрузной транспортер и включает его привод, открывает заслонку и производит выдачу корма в кормушки на одну сторону кормовой линии, после разворота агрегата производится выдача корма на вторую сторону кормовой линии. При раздаче на кормовой стол (в помещениях без кормушек) возможны выгрузка на обе стороны одновременно. Норма выдачи корма (величина открытия заслонки) контролируется визуально по шкале (со значениями от 1 до 5) нанесенной на передней стенке бункера и по показаниям монитора.

3.2 Расчет конструкторской разработки

Расчет шнека кормораздатчика на прочность

Возникла необходимость в модернизации шнеков.

Определяем требуемую производительность шнека:

; (3.1)

Где - G - грузоподьемность смесителя-раздатчика, т;

- требуемое время раздачи, принимаем исходя из требований, =0,42 ч.

Подставляем данные:

=10,7 т/ч.

Определяем частоту вращения шнека погрузчика-кормораздатчика:

; (3.2)

Где - - производительность шнека, т/ч;

D=0,54 - диаметр шнека, м;

d=0,1 - диаметр вала шнека, м;

S=0,43 - шаг шнека, м;

?=0,96 - коэффициент заполнения шнека;

? - плотность корма, ?=0,5 т/м?.

=234,5 мин-1.

Мощность, необходимая для привода погрузчика-кормораздатчика, расходуется на передвижение корма, на перемешивание и на перетирание компонентов между собой:

Nc=N1+N2+N3; (3.3)

Где - N1 - мощность на передвижение корма;

N2 - мощность расходуемая на перемешивание корма;

N3 - мощность на перетирание компонентов между собой.

; (3.4)

где - - производительность шнека, т/ч;

L - длинна шнека, м.

=12,9 кВт.

; (3.6)

где - S - шаг шнека, м;

n - частота вращения шнека, с-1;

f - коэффициент трения.

=6,8 кВт.

; (3.7)

где - R - радиус шнека, м.

=1,6 кВт.

Подставляем полученные значения :

Nc=12,9+6,8+1,6=21,3 кВт.

Крутящий момент на валу шнека определяется по формуле:

; (3.8)

Нм.

Тангенс угла подъёма винтовой линии:

; (3.9)

;

?=15,3?.

Приняв коэффициент трения f=0,6 , определим коэффициент трения скольжения по формуле :

; (3.10)

.

Угол трения определим по формуле :

. (3.11)

Осевое усиление действующее на шнек определяем по формуле :

; (4.12)

где - k - коэффициент, учитывающий, что сила приложена на среднем участке винта, k=0,7…0,8, принимаем k=0,7.

Н.

Поперечная нагрузка на участок шнека между двумя опорами определяем по формуле :

; (3.13)

где l - расстояние между опорами вала шнека, м;

К - коэффициент, учитывающий, что сила приложена на среднем участке винта, К=0,7…0,8, принимаем К=0,7

Н.

Расчёт на прочность шнека кормораздатчика ИСРК-12.

Для расчёта шнека на прочность строим его расчётную схему и изображаем действующие на шнек нагрузки.

Определяем реакции в опорах:

Схема к расчётам изгибающего момента.

Определим реакцию в опоре Ах :

Ах =Fос=5298 Н.

Определим q :

, Н/м; (3.14)

где - (3.15)

масса корма, кг;

масса шнека, кг;

L- длина шнека, м.

; . (3.16)

.

Н/м.

Рассчитаем нагрузку, действующую на шнек в месте расположения выгрузных лопаток:

; (3.17)

Н.

Определим реакции в опорах и построим эпюру изгибающих моментов:

; (3.18)

; (3.19)

Н.

; (3.20)

;

Н.

; ; (3.21)

;

Н·м;

;

Н·м;

; (3.22)

Н·м.

Расчет шнека на прочность производим по формуле :

(3.23)

где - МЕ - приведенный момент, Н*м;

S - площадь поперечного сечения вала, м2;

- напрежения расчетные и допустимые(3 МПа.

Приведенный момент равен:

(3.24)

где - Ммах- максимальный изгибающий момент, Н*м.

Площадь поперечного сечения вала равна:

; (3.25)

где: d - наименьший диаметр вала шнека,м.

;

;

.

Условие прочности соблюдается, так как :

=1,5 МПа<[]=3 МПа.

Расчёт сварного соединения

Рассчитаем сварной шов соединения при сварке вала шнека с витком.

Условие прочности сварного соединения определяется по формуле:

(3.25)

(3.26)

где - - осевое усилие на винт, Н;

k - катет шва, м;

n - количество витков,n=10;

l - длинна витка, м.

.

Допускаемое напряжение на срез =80 МПа.

Н/м?.

Условие прочности сварного шва соблюдается, так как :

?=0,138 МПа<=80 МПа.

4. РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

4.1 Расчёт показателей технологической карты

Расчет технологической карты рассмотрим на примере одной операции - загрузка сенажа. Для загрузки сенажа применяется агрегат МТЗ-80+ПЭА-Ф-1 производительностью 40т/час и установленной мощностью привода ВОМ 25кВт.

Объём работ в году для исходного и проектируемого вариантов рассчитываем по формуле:

Qгод=D?Qсут (4.1)

где: D - число дней работы агрегата в году, дни;

Qсут - объём работ в сутки, т.

Qгод=230?2,7=621 т/год;

Число часов работы агрегата в сутки на данной операции рассчитываем по формуле:

, (4.2)

где: Qчас - производительность в час, т/ч.

ч;

Число часов работы агрегата в год на данной операции рассчитываем по формуле:

, (4.3)

 ч;

Определяем затраты труда в сутки на данной операции :

, (4.4)

где: - число часов работы агрегата в сутки, ч;

П - количество обслуживающего персонала, чел.

tсут= 0,11?1=0,11 чел.ч;

Затраты труда в год на данной операции:

Тгод= Тм.год?П, (4.5)

где: Тм.год - число часов работы агрегата в год, ч.

Тгод= 24,84?1=24,84 чел.ч;

Амортизационные отчисления высчитываем по формуле:

, (4.6)

где: а - норма амортизации (а=14,2%);

Б - балансовая стоимость оборудования.

млн.руб.;

Отчисления на ремонт высчитываем по формуле:

, (4.7)

где: р - норма отчислений на ремонт (р=18%).

млн.руб.

Общие затраты труда рассчитаем по формуле:

млн.руб.

Расход топлива на данной операции рассчитываем по формуле:

; (4.8)

где: Gт - средний часовой расход топлива МТЗ-80, кг/ч,

n - число агрегат МТЗ-80+ПЭА-Ф-1, шт,

Т.год - число часов работы агрегата в год, ч.

Затраты на топливо определяем по формуле:

Сэ=W?i, (4.9)

где: i - стоимость 1кг. топлива, млн.руб.

Сэ=367,63?0,0018=0,66,млн.руб.;

Зарплату персоналу высчитываем по формуле:

Зп=Тм?Зч, (4.10)

где: Зч - тарифная часовая ставка оператора соответствующего разряда, тыс.руб.

Зп=24,84?0,808=20,07 тыс.руб.

Прочие прямые затраты на данную операцию принимаем 10% от зарплаты персоналу высчитываем по формуле:

Пр=Зп?к, (4.11)

где: к -процентное отношение.

Пр=20,07?0,1=2,01 тыс.руб.

Годовые эксплуатационные затраты высчитываем способом сложения всех полученных затрат по операции:

Эгод=А+Р+Сэ+Зп+Пр, (4.12)

Эгод=2,52+1,99+0,66+20,07+2,01=27,25 млн.руб.