2.2 Обгрунтування вибору раціонального варіанту

Для вибору оптимального варіанту скористаємось порівнянням переваг та недоліків запропонованих варіантів.

Варіант 1.

До переваг даного варіанту віднесемо простоту конструкції та можливість проведеня ТО без додаткових затрат на розбирання та збирання вузла.

Також даний варіант має недоліки, а саме електродвигун знаходиться в агресивному середовищі, в наслідок чого швидко виходять з ладу гумові ущільнення, що призводить до швидкого зношення підшипників та поломки електродвигуна. Що спричиняє додаткові ТО або капітальний ремон чи повну заміну двигуна.

Варіант 2. Основною перевагою даного варіанту є те, що електродвигун винесено на корпус шнека завдяки чому він потребує менших затрат на ремонт, також перевагою є збільшення кількості обертів диска-подрібнювача, та зменшення потужності двигуна за рахунок клинопасової передачі.

Недоліком є складність конструкції.

Варіант 3. Перевагами цього варіанту є винесення двигуна з агресивного середовища, а також недосить складна конструкція.

Недоліками даного варіанту є збільшення габаритних розмірів машини, вал приводу диска-подрібнювача проходить через робочу камеру, що погіршує роботу диска та призводить до зменшення продуктивності машини, а також ускладнює конструкцію

З аналізу переваг та недоліків запропонованих варіантів раціональним приймаємо 2-й варіант та продовжимо подальші розрахунки з урахуванням конструкції даного варіанту.

2.3 Розробка конструкції подрібнювача

До початку роботи машини ванну заповнюють водою. коренебульбоплоди подають у ванну через завантажуваль­не вікно. Там вони відмиваються від землі вихровим пото­ком води, що створюється диском-активатором. Каміння та інші важкі предмети, що потрапляють у ванну, тонуть у воді і опускаються на диск-активатор. Із нього відцентро­вою силою поступово закидаються в приймальну горловину транспортера-каменевловлювача і виносяться ним за ме­жі мийки. З ванни коренебульбоплоди захоплюються шне­ком і піднімаються вверх, де додатково обмиваються во­дою із зрошувача. Забруднена вода зливається патруб­ком у відстійник каналізації. Вимиті коренеплоди надходять до камери подрібнювача. Горизонтальними ножами верх­нього диска коренеплоди розрізаються на стружку, яка над­ходить на середній диск і відцентровою силою відкидається до нерухомої протирізальної деки. Під дією вертикальних ножів і деки відбувається подальше подрібнення корму. Подрібнений продукт через деку потрапляє на нижній диск і його лопатями видаляється з машини.

Подрібнювач коренебульбоплодів для заданої продуктивності повинен мати продуктивність, яки визначаємо по формулі:

, (2.1)

де G – максимальна добова норма коренебульбоплодів, G = 8500 кг;

К_у – коефіцієнт можливого збільшення продуктивності подрібнювача, К_у = 1,2;

К_Н – коефіцієнт можливих перевантажень подрібнювача, К_Н = 1,1;

τ - тривалість роботи кормоцеху протягом доби, τ = 3 год.

Таким чином, подрібнювач повинен забезпечити продуктивність не нижчу ніж 3090 ^кг/_год Кутову швидкість обертання ротора знаходимо по формулі:

(2.2)

де п – частота обертання ротора,

(2.3)

де і – передаточне число пасової передачі, і = 2.5.

,

.

При рівномірному розміщені ножів на поверхні диска швидкість кожної окремої точки буде однаковою. Тому лінійна швидкість буде в верхній частині і в нижній частині буде однакова.

Лінійна швидкість буде дорівнювати:

(2.4)

Можна допустити, що такою швидкістю проходить процес різання коренебульбоплодів в нашому подрібнювачі. Знаходимо радіус обертання точки з середньою швидкістю:

(2.5)

Враховуючи ІІ-й закон Ньютона, знаходимо відцентрову силу:

(2.6)

де т – маса коренеплодів на диску:

(2.7)

де V – об’єм частини камери між диском і циліндром камери, м³;

ρ – об’ємна маса коренебульбоплодів, ρ = 540 кг м³;

ψ – коефіцієнт, враховуючий заповнення камери, ψ = 0,8.

V=0.027м³

Звідки

Силу земного тяжіння Р_Т, з якою діють коренебульбоплоди на диск, знаходимо по формулі:

, (2.8)

При частоті обертання диска подрібнювача и = 0,40 хв^-1 і коефіцієнту нерівності подачі коренебульбоплодів в камеру ξ = 0,45, продуктивність W_n нашого подрібнювача буде рівною:

. (2.9)

.

Порівнюючи W_n i W ми маємо, що W_n > W (5734 > 3090). Це означає, що по продуктивності подрібнювач нас задовольняє.

2.4 Розрахунок клинопасової передачі

Кінематична схема представлена на додатку графічної частини проекту. Із схеми видно, що передача крутного моменту вала електродвигуна на диск здійснюється клинопасовою передачею.

Враховуючи частоту обертання вибраного електродвигуна п_дв = 1475 хв^-1 і необхідну частоту обертання ротора п = 590 хв^-1, знаходимо передаточне число клинопасової передачі:

, (2.10)

.

Задаємося діаметром ведучого шківа, який закріплений на валу електродвигуна d_в=100 мм.

Знаходимо необхідний діаметр веденого шківа d_р, який закріплений на валу ротора подрібнювача.

. (2.11)

Таким чином, для здійснення передачі крутячого моменту з валу електродвигуна на вал диска необхідно мати d_в=100 мм і d_р = 250 мм, що забезпечує передаточне число і = 2,5.

Для знаходження потужності на поверхні коренеплодів використовуємо дослідження, проведені професором Резніком М.Є. Потужність на процес подрібнення коренеплодів він рекомендує знаходити по формулі:

(2.12)

де Р – сила різання коренеплодів;

Z – кількість ножів на диску, Z = 4;

V – лінійна швидкість руху ножа, V = 6,2 м/хв.;

К₀ – конструктивний коефіцієнт, К₀ = 0,10.

Силу різання знаходимо по формулі:

, (2.13)

де q₀ – питомий тиск ножа на подрібнений матеріал, q₀ = 1,5...20 кН/м;

l_Н – довжина леза ножа, l_Н = 0,04 м.

.

Підставляємо значення у формулу і проводимо розрахунок:

.

Потужність електродвигуна, необхідного для приводу ротора подрібнювача, знаходимо за формулою:

(2.14)

де К_з – коефіцієнт запасу потужності, К_з = 1,1;

η – ККД передачі, η = 0,85.

.

По довіднику вибираємо тип електродвигуна 4АМ100S потужністю 4,0 кВт і частотою обертання п_дв = 1475 хв^-1.

За допомогою клинопасової передачі проводиться передача обертання моменту від електродвигуна потужністю N_дв = 4 кВт і частотою обертання п_дв = 1475 хв^-1 на робочий орган подрібнювача коренеплодів. Передаточне число клинопасової передачі і = 2,5.

Рис.3.7 – Схема для розрахунку клинопасової передачі

Визначаємо момент на швидкісному валу:

(2.15)

де ω₁ – кутова швидкість обертання вала електродвигуна, розраховуємо по формул:

(2.16)

де п_дв – частота обертання вала електродвигуна, п_дв = 1475 хв^-1.

,

.

При даному моменті рекомендують приймати паси з розмірами в = 13 мм, п = 8 мм, А₁ = 81 мм². Розрахунковий діаметр машинного шківа визначаємо по формулі:

, (2.17)

.

Враховуючи стандартний ряд приймаємо d_м = 100 мм.

Діаметр великого шківа повинен дорівнювати:

коренебульбоплід подрібнювач технологічний схема

(2.18)

Приймаємо d_б =250 мм.

Визначаємо швидкість паса:

, (2.19)

.

Визначаємо кутову швидкість ведучого шківа:

, (2.20)

де ε – відносна втрата швидкості, ε = 0,02.

.

Визначаємо окружну силу:

, (2.21)

.

Визначаємо оптимальні можливості відстані:

(2.22)

Приймаємо а = 300 мм.

Визначаємо довжину паса по формулі:

(2.23)

(2.24)

,

, (2.25)

.

Приймаємо стандартну довжину L = 1200 мм.

Визначаємо кут обхвату:

, (2.26)

.

Визначаємо частоту пробігу паса:

. (2.27)

З довідника вибираємо поправочні коефіцієнти: К_и = 1,11, С₂ = 1,10, С_р = 0,8. Визначаємо корисну напругу:

, (2.28)

.

Визначаємо допустиму корисну напругу:

(2.29)

.

Визначаємо необхідне число пасів:

(2.30)

.

Приймаємо Z = 2

Робочий коефіцієнт тяги:

.

Коефіцієнт:

.

Визначаємо сили, які діють в передачі:

. (2.31)

Робочий натяг віток паса:

. (2.32)

Натяг паса в спокої:

Визначаємо силу, яка діє на вали:

. (2.33)

.

Отже, сила, що діє на вал рівна: F_a = 859 Н.

Виходячи з розрахунків ми приходимо до висновку, що для нашого подрібнювача досить два паса профілю А.