Разработка поточных технологических линий обслуживания животных для ферм крупного рогатого скота

А.С. 1297775 СССР. С целью повышения равномерности разбрасывания

подстилки, а также качества уборки навоза предлагаемый агрегат содержит

сбрасывающее устройство. Выполненное в виде подпружиненного ротора. Ротор

установлен под выгрузной частью поперечного транспортера с возможностью

углового перемещения относительно оси в плоскости, перпендикулярной

направлению перемещения агрегата. Ротор связан с транспортером посредствам

стоек. Скребки для уборки навоза поворачиваются вокруг вертикальной оси и

очищает навоз с поверхности стойл. Скребки соединены с передней частью

боковых стенок ковша маятниковыми опорами. Ролики, взаимодействуя с

вертикальной стенкой стойла, поворачивают скребки.

3.2.3. Устройство для уборки навоза А.С.1358858 СССР.

Устройство содержит основные скребки 2 (рис 3.1.) и дополнительные

скребки 7, удаляющие навоз соответственно из навозной канавки 3 и с задней

поверхности стойл 8. Скребки связаны между собой через консольные рычаги 5,

причем, последние при помощи шарниров 4 закреплены на основных скребках и

контактируют с их верхними поверхностями. В процессе уборки навоза за счет

параболической формы рабочей поверхности дополнительных скребков от

захватываемой ими навозной массы создается поворотный момент, передаваемый

через консольные рычаги 5 основными скребками 2. В результате основные

скребки 2 прижимают к днищу навозного канала 3.

Рис. 3.1. Устройство для уборки навоза.

1. цепь транспортёра;

2. основной скребок;

3. навозный канал;

4. шарнирное соединение;

5. консольный рычаг;

6. шлицевое соединение;

7. дополнительный скребок;

8. поверхность стойла.

3.2.4. Устройство для уборки навоза. Австрийский патент №3339652.

Рис. 3.2.Устройство для уборки навоза.

1. направляющий элемент;

2. выступы;

3. штанга;

4. скребок;

5. стойка;

6. болт;

7. стопорная пластина.

3.2.5. Назаров С.И., Прокопенко К.И. Механизация очистки

стоил

[27. с. 33…34]. Разработан мобильный механический очиститель стойл

(рис 3.3.).Привод очистителя: электродвигатель 1,5 кВт, редуктор РЧУ –63А.

Питание через гибкий кабель, подвешенный над конвейером. При работе

конвейера очиститель движется вдоль стойл. Скребки 5 счищают навоз с

поверхности стойл в навозный канал.

Рис.3.3.Схема очистителя стойл.

1. рама;

2. привод;

3. самоустанавливающиеся колеса;

4. цепь транспортера;

5. скребок;

6. ведомый вал;

7. ведущий вал;

8. поверхность стойла.

3.2.6. Журавлев Б.И., Бородулин Е.Н., Макаров Э.Р., Соловьев

Р.В. Новая технология уборки навоза на фермах крупного рогатого скота [28.

С. 22…24]. Предлагается укороченное стойло (рис.3.4.), длина которого на

50…100 мм больше длины косой животного и расположенное на 100…150 мм выше

решетки навозного канала. Более низкие уступы ведут к загрязнению стойла,

более высокие опасны для животных. Боковые ограничители устанавливают на

высоте 1000 мм и длине 1000…1200 мм. Для удобства работы доярок через один

длинный устанавливают один короткий ограничитель длиной 600…800мм. Большое

значение имеет наклон пола стойл. Стойла имеют ширину 1200мм, уклон пола1%.

На пол коротких стойл попадает 22%кала и 17% мочи, а длинных соответственно

94 и 93%.

Затраты труда на уборку понижаются в 2-3 раза. Если же убирать навоз один

раз в смену, то можно вдвое уменьшить число скотников.

Рис.3.4. Укороченное стойло.

3.3.Выбор и обоснование конструкции для уборки стойл

Цель конструирования – повышение качеств уборки навоза, снижение

затрат ручного труда при обслуживании животных. Конструкция устройства

(рис 3.5.)содержит промышленный транспортер ТСН – 160А 1 и дополнительные

скребки 2, удаляющие навоз с задней поверхности стойла 9. Дополнительный

скребок 2 посажен на вал 4, который вращается в чугунной втулке 6. Втулка 6

посажена в стакан 5, который приваривается ручной электродуговой сваркой к

плите 3. Со стороны стойла к плите 3 приварена проушина 8, в которую входит

штырь 11, фиксирующий плиту.

Рис.3.5.Схема конструкции для очистки стойл.

1. транспортер скребковый навозоуборочный ТСН –160А;

2. дополнительный скребок;

3. плита;

4. вал;

5. стакан;

6. втулка;

7. звездочка;

8. проушина;

9. стойло;

10. анкерные болты крепления конструкции;

11. штырь фиксирующий плиту.

При движении транспортера 1 звездочка 7 приводится в движение и вращает

вал 4 с дополнительным скребком 2. Плита 3 крепится двумя анкерными болтами

к торцевой стенке навозного канала. В процессе уборки навоза, за счет того,

что рабочая поверхность скребка 2 выполнена по кубической параболе,

захваченный навоз будет сходит со скребка с наименьшим сопротивлением.

3.4. Технологический расчет устройства для очистки стойл

Исходя из известной подачи транспортера ТСН –160А определяется призма

волочения по формуле:

h=Q/в*?*?*К,

(3.1.)

где Q – подача транспортера, Q =1,25 кг/с [26.с.4.];

в – ширина навозного канала, в =0,32 м [26.с.84]

? – скорость цепи транспортера, ?=0,18 м/с [26.с.5.]

? - плотность навоза, ?=700 кг/м3 [30. С.40]

К - коэффициент подачи, К=К1*К2*К3*К4*К5,

(3.2.)

где К1 – коэффициент заполнения навозного канала, К1=0,5;

К2 – коэффициент, учитывающий уплотнение навоза, при его

перемещении скребком, К2=1,13;

К3 – скоростной коэффициент, К3=0,9;

К4 – коэффициент, учитывающий объем канавки занятой цепью, К4 =1;

К5 – коэффициент, учитывающий уклон подъема наклонного

трансформатора, К5=0,8 [ 5.с.165.]

К=0,5*1,13*0,9*1*0,8=1,32

h=1,25/0,32*700*0,18*1,32=0,024м,

Тяговое сопротивление Р движению транспортёра определяется по формуле:

Р = Nэв*102(т /К?, (3.3.)

где Nэв – мощность электродвигателя, Nэв = 4кВт [26. С. 5.]

(т – коэффициент полезного действия передачи,

(т = 0,8 [4. c. 401.]

К – коэффициент учитывающий сопротивление от натяжения цепи,

К=1,1 [4. с.

401]

Р = 4*102*0,8 /1,1*1,18=1648 Н,

Для обеспечения нормальных условий работы скребка необходимо чтобы

Tg? ? tg(2,

(3.4)

где ( - угол отклонения от перпендикуляра цепи;

(2 – угол трения навоза о скребок.

Необходимое минимальное предварительное натяжение цепи Рmin

определяется по формуле:

Рmin =Po вс/[tц (tg?max – f1tg2?max)]-Po/[2(1-f1tg?max)], (3.5.)

где Ро – сопротивление движению скребка при расположении его по нормали

к стене канавки, Н;

Ро =Р/(1-f1 *tg?),

(3.6.)

Ро = 1648/(1-0,7)=1648 Н

вс – расстояние точки приложения силы Р от цепи, вс =0,5 в+с

в – длина скребка, в=0,285м;

с – расстояние от середины скребка до точки приложения силы Р, с=0,015

м;

tц – шаг цепи, tц = 0,08 м [26. С.26]

?max – максимально допустимый угол наклона скребка, ?max= 150 [4. с.

401]

f1 – коэффициент трения навоза о боковую стенку канала, f1= 0,7 [4. С.

400.]

Hmin =1648*0,157/[0,08 (0,26795 – 0,7*0,072)]-1648/[2(1-

0,7*0,26795)]=1150 Н

3.5. Кинематический и энергетический расчет устройства

.Кинематические схемы навозоуборочного транспортера с

дополнительным скребком представлена на рисунке 3.6.

Рис 3.6. Кинематическая схема навозоуборочного транспортера ТСН –160А с

дополнительными скребком для очистки стойл.

1. приводная звездочка транспортера;

2. натяжная звездочка;

3. поворотная звездочка;

4. звездочка привода дополнительного скребка.

Окружная скорость вращения звездочки привода дополнительного скребка

определяется по формуле:

W=v/R, (3.8.)

где R – радиус звездочки привода дополнительного скребка.

W=0,18/0,15=1,1с-1

Число оборотов скребка определяется по формуле:

n=30*W/П, (3.9.)

n=30*1,1/3,14=10,5 об/мин

Один полный оборот дополнительный скребок совершает за 6 секунд.

Условие эксплуатации учитывает коэффициент эксплуатации, который

рассчитывается по формуле:

Кэ = К? * Кт *К?

(3.10.)

где К? – коэффициент угла наклона линии центров звездочек к горизонт К?

=1

Кт – коэффициент температуры окружающей среды, Кт =1

К? - ккоэффициент ударности, учитывающий характер нагрузки,

К?=1,01 [15. с. 85]

Передаточное число цепной передачи U =1, т.к. число оборотов звездочек

равны между собой.

Вращающий момент цепной передачи определяется по формуле :[15. с. 83]

M=9550*N/n (3.11.)

М=9550*4/10,5=3351Нм

Полезное усилие, передаваемое цепью рассчитывается по формуле:

Р=1000 N/ v (3.12.)

Р=1000*4/0,18=22 кН

Проверочный расчет привода транспортера проводится по формуле:

Nов=КРv/102(т, (3.13.)

где К – коэффициент, учитывающий сопротивление от натяжения на

приводной звездочке, К=1,1 [4. С. 401]

Nов=1,1*1630*0,18/102*0,8=3,6кВт

Для привода данного транспортера принимается электродвигатель, входящий в

комплект поставки транспортера [26. С.5]

1. Для горизонтального транспортера электродвигатель 4а 112МВБСУ1 исп.

1М3081 ТУ16 –510.536-79 мощность 4 кВт с частотой вращения 16,7 с-1

(1000об/мин);

2. Для наклонного транспортера элетродвигатель 4А80В4БСУ1 исп. 1М3081 ТУ16-

510.375-79 мощностью 1,5 кВт с частотой вращения 25 с-1 (1500 об/мин)

Передаточное число привода горизонтального транспортера 71,4 наклонного –

27,85.

3.6. Расчет на прочность скребка и вала устройства для

очистки стойл

3.6.1. Расчет скребка. Исходные данные:

1. материал скребка капрон ТУ-

6-0-6-309-70

2. площадь поперечного сечения скребка, м2 1,2*10-3

3. допустимое напряжение на изгибе, Н/м2 3924*104

4. предел прочности, Н/м2

8829*104

5. сила сопротивления навоза скребка, Н 103

Скребок работает на изгиб. Условие прочности при изгибе имеет

следующий вид:

? = М/Wx ? [? ]u,

(3.14.)

где ? – напряжение, возникающее в поперечном сечении скребка под

действием силы сопротивления навоза, Н/м2;

М – максимальный изгибающий момент, Нм;

[? ]u – допустимое напряжение на изгиб для капрона, Н/м2;

Wx – момент сопротивления поперечного сечения скребка относительно

нейтрального слоя, м4 (рис3.7)

Wx=ав2/6, (3.15.)

где а – ширина поперечного сечения скребка, м;

в – высота поперечного сечения скребка, м.

Wx=0,01*0,122/6=2,4*10-5 м4

Рис.3.7 Поперечное сечение Рис.3.8. Схема действия силы

скребка .

сопротивления навоза.

Максимальный изгибающий момент определяется по формуле:

М=Р*L, (3.16.)

где Р – сила сопротивления навоза скребку, Н;

L – плечо, на котором действует сила, м (рис.3.8).

М=103*0,6=61,8Нм

? =61,8/2,4*10-5=257,5*104 Н/м2

? < [?]u 257,5*104 < 3924*104

Условия прочности выдержано.

Коэффициент запаса прочности при изгибе определяется по формуле:

К= ?/[?]u,

(3.17.)

где ? – предел прочности при изгибе для капрона, Н/м2.

К =8829*104/3924*104=2,2

Коэффициент гарантии определяется по формуле:

п=Т*К*Э*М, (3.18)

где Т- технологический коэффициент учитывающий специфику

технологического процесса изготовления детали,

Т=Т1*Т2*Т3

(3.19.)

Т1 – учитывает метод формирования детали,Т1 = 1,10;

Т2 – учитывает способ отверждения, Т2 =1,15;

Т3 – учитывает метод пропитки арматуры связывающим. Т3 = 1,05 [ 19.

С.45.]

К – расчетно- конструкторский коэффициент, учитывающий точность

расчета и особенности конструктивных форм,

К=К1*К2*К3,

(3.20.)

К1 – учитывает точность расчета, К1 =1,4;

К2 – учитывает влияние концентратов напряжений, К2 =1,0;

К3 – учитывает сложность геометрических форм и габариты детали,

К3=1,1 [19. С. 45]

Э – эксплуатационный коэффициент, учитывающий условия

эксплуатации:

Э=Э1*Э2*Э3, (3.21.)

где Э1 – учитывает ответственность детали и ее функции в работе машины,

Э1 = 1,01;

Э2 – учитывает характер нагружения, Э2 =1,0;

Э3 – учитывает агрессивность среды, Э3 =1,2 [19. С. 46]

М – структурно –материальный коэффициент, учитывающий особенности

структурного строения и физико –механических свойств пластмасс:

М=М1*М2*М3, (3.22..)

где М1 – учитывают термохимическую природу материала, М1=1,05;

М2 – учитывает физико – механические свойства, М2 =1,10;

М3 – учитывает строение материала, М3=1,00.

Т=1,1*1,15*1,05 =1,33

К=1,4*1,0*1,1=1,54

Э=1,01*1,0*1,2=1,21

М=1,05*1,1*1,0=1,16

n=1,33*1,54*1,21*1,16=2,86

Допускаемые напряжения[?]u необходимо корректировать для каждого

конкретного случая по формуле:

[?]u =[?]u/n, (3.23.)

где [?]u –откорректированное для данного случая допустимое напряжение

капрона при изгибе Н/м2

[?]u =3924*104/2,86=1372*104Н/м2

Эпюры действующих на скребок силы и момента представлены на

рисунке 3.9.

0

Q=P

Мх=-Рх+Мкр

х=0 М(о)=Мкр

х=L М(е)=-РL +Мкр

Q=103Н

х=0 М=815 Нм

х=0,6 М=815-103*0,6=753,2Нм

Рис.3.9. Эпюры силы и момента, действующих на скребок.

3.6.2. Расчет вала производится на изгиб с кручением по формуле:

? экв=Мпр/Wр?[?],

(3.24.)

где ? экв – эквивалентное напряжение, Н/м2;

Мпр – максимальный приведенный момент в опасном сечении, Нм;

Wр – момент сопротивления в опасном сечении, м3

[?] – допускаемое напряжения, Н/м2.

Расчетная схема представлена на рисунке 3.10.

Рис.3.10. Расчетная схема.

Приведенный момент определяется по формуле:

Мпр= М2изг +М2кр,

(3.25.)

где Мизг – максимальный изгибающий момент в опасном сечении, Нм;

М изг =Р*L, (3.26.)

где Р – сила, действующая на вал от цепи транспортера, Р=1630Н;

L – плечо, на котором действует сила Р, L=0,025 м.

Мкр – максимальный крутящий момент на валу устройства, Нм.

Мкр = Р*(Д/2),

(3.27.)

Д – наружный диаметр звездочки, Д=0,3 м

Момент сопротивления определяется по формуле:

Wр=П*d3/16?0,2d3,

(3.28.)

где d –диаметр вала, мм.

Так как изгибающий момент незначительный, то расчет вала необходимо

производить на кручение по формуле:

?=Мкр/Wр?[?],

(3.29.)

где [?] – допустимое напряжение при кручении, [?] =80мПа для Ст.5

Мкр=1630*(0,3/2)=244,5Нм

Подставляя формулу 3.28 в формулу 3.29 определяется диаметр вала по

формуле:

d= 3 Мкр/0,2*[?],

(3.30.)

d = 244,5*103/0,2*80=27мм

Диаметр вала округляется до 30 мм.

Коэффициент запаса прочности определяется по формуле:

n=?т/[?] =0,5 ?т/[?],

(3.31.)

?т- предел текучести материала, ?т=275 МПа для Ст. 5.

n=0,5*275/80=1,72

Эпюры действующих на вал силы и моментов представлены на рисунке 3.11.

Рис.3.11. Эпюры действующих на вал силы и моментов

3. 7.Экономическое обоснование разработанной конструкции.

Затраты на изготовление сборочной конструкции определяется по формуле:

См = Сс +Сдм+Спи+Ссб+Сцн,

(3.32.)

где Сс – стоимость изготовления плиты, грн;

Сдм - затраты на изготовление деталей на металлорежущие

станки, грн;

Спи – цена покупных изделий по прейскуранту, грн;

Ссб – заработная плата рабочих, занятых на сборке конструкции,

грн;

Сцн, - цеховые накладные расходы на изготовление узла, грн.

Стоимость изготовления плиты:

Сс = Qс Ссд, (3.33.)

где Qс – масса материала, израсходованного на изготовление

плиты, кг;

Ссд – средняя стоимость 1 кг готовых деталей, грн.

Масса материала:

Qс = AQnд

(3.34)

где А,n-коэффициенты, зависящие от вида материала детали,

способа ёё изготовления и т.д.;

Qд-чистая масса детали,кг

Qc=1,17*1,2 0,98=1,3 кг

Сс = 1,3*0,25=0,325 грн.

Затраты на изготовление деталей на металлорежущих станках

рассчитываются по формуле:

См = kn* kоб* k1*n* Сч*tв +С1*Qс,

(3.35)

где kn - коэффициент, учитывающий масштаб производства,

kn =2,5 [ 2. с. 169 ]

kоб - коэффициент, учитывающий наивысшую точность обработки,

kоб =1,3 2. [с. 170]

k1 - коэффициент, учитывающий наивысший класс чистоты поверхности,

k1 = 1 [2. с. 170]

n – число однотипных деталей;

Сч – часова ставка рабочих, начисляемая по среднему разряду, Сч = 0,58

грн.

tв – средняя трудоёкость изготовления деталей, tв = 2ч;

С1- цена 1 кг материала заготовки, С1= 0,185 грн [2.с.170]

См =2,5*1,3*1*1*0,58*2+0,185*1,3=3,6 грн.

Заработная плата производственных рабочих, занятых на сборке узла

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6