Механизация линии доения и первичной обработки молока на ферме КРС

 

 

Рисунок 2. Схема фильтра  очистки молока

• - молоко с механическими примесями;

- очищенное молоко;

                - примеси

1-днище; 2-корпус; 3-труба; 4-резиновое  кольцо; 5-каркас; 6-лавсан; 7-отверстие; 8-входной патрубок; 9-крышка; 10-стяжка; 11-выходной патрубок.

На рис. 2 стрелками показаны потоки молока неочищенного, очищенного и примесей.

Замена лавсана производится через  три часа работы на оптимальном режиме следующим образом: отворачивается гайка на стяжках, снимаются стяжки, затем снимают крышку, корпус и резиновые кольца крепления лавсана. Затем производится замена лавсана. Сборка производится в обратной последовательности.

4.3 Определение параметров фильтра

Для определения конструктивных параметров фильтра проводим следующие расчеты.

Производительность доильной установки  за 1 час G = 2700 л/час = 2,7 м³/час.

Количество молока за одно доение определяется по формуле:

                 ,

где Т - продолжительность разового доения расчетного поголовья, мин.

                 л

Одной из расчетных величин фильтрации является объем влажного осадка при 1 часе 50 минут работы 0,5 м³ определяем по формуле:

                   ,

где V - объем влажного осадка, м³/ м³

       Vo - объем осадка, м³ [18];

       Vж - объем фильтрата, м³ ;

                      м³/ м³,

Динамический коэффициент вязкости фильтра принимаем:

   m = 9,806 × 10^-6  Н×мин/м² [18].

Коэффициенты: удельного сопротивления осадка r = 5 × 10¹⁴ л/м², сопротивление ткани r = 2 × 10¹¹ 1/л (по опытным данным) [18].

При промывки осадка на фильтре расход воды составляет 1,5 м³ на 1м³ осадка [18].

Принимаем, что вязкость промывного фильтра равна вязкости фильтрата. Промывка идет при том же давлении, что и фильтрование. При этих условиях коэффициент промывки по уравнению:

               А = а₀ × V,

где а₀ - расход воды, м³ на 1 м³ осадка;

               А = 1,5 × 0,5 = 0,75 м³.

Принимаем  продолжительность фильтрации  Q = 110 минут, промывки -Qn = 40 минут разборки и сборки фильтрата Qу = 30 минут, полный цикл фильтрования составит Q₁.

                 Q₁ = 110 + 40 + 30 = 180 мин.

Разность давлений при фильтрации

3 × 10⁴ кг×с/м² [3 × 9,806 × 10⁴ Н/м²]  [7].

Производительность 1м² фильтрующей поверхности по фильтрату определяют по уравнению:

         , м³/м²

Уравнение при р = const, справедливо для фильтрации на движущейся фильтрующей перегородках К=4 [18]. Уравнение применимо для режима фильтрации при постоянной разности давлений и переменной скорости фильтрации.

  , м³/м²

Поверхность фильтрации определяют по формуле:

              ,  м²

где Vж - объем фильтрата, м³

        Vж = Vc - Vo  ,  м³  [18]

        Vc - объем данной системы, м³;

        Vo - объем влажного осадка, м³;

         Vж - 4,95 - 0,5 = 4,45 м³;

       Qp - время работы фильтра, мин;

               м²

Определяем толщину слоя осадка по следующей формуле:

                  h = V × V₁  , м

       h = 0,117 × 0,049 = 0,0057 м » 6 мм

4.4 Прочностной расчет фильтра  очистки молока

 

Рассмотрим случай, когда фильтр работает на сжатие, так как давление внутри фильтра ниже атмосферного и  составляет 0,5 атмосферы (давление в  молокопроводе).

Определяем толщину стенок цилиндрической обечайки фильтра молочной очистки h_k по формуле:

          ;

где р_о - давление над поверхностью жидкости, Мпа;

       r - внутренний радиус аппарата, м ;

       [d] - допускаемое напряжение на сжатие, Мпа;

        j - коэффициент уменьшения допускаемого напряжения при про-

              дольном изгибе, j = 0,7 [21];

     С - коэффициент запаса, м .

Фильтр очистки молока изготовлен из нержавеющей стали Х18Н9Т для  пищевой промышленности.

Допускаемое напряжение на сжатие стали Х18Н9Т, [d] = 200Мпа [20].

Коэффициент запаса С принимаем 3 мм, так как фильтр не всегда заполнен жидкостью, а следовательно имеет переменное давление.

                  ;

Принимаем толщину стенки h_ст = 3 мм.

Верхнее днище применяем выпускное. Толщина стенки его определяется по формуле:

                   ,

где Dв - внутренний диаметр днища, м;

       Н - высота днища,  м; 

                 ,

Принимаем толщину верхнего днища hв = 3мм.

Нижнее днище - полуконическое, толщину  конического днища hg определяем по уравнению:

                    ,

где g - вес единицы объема жидкости, находящейся в аппарате, кг/м³;

       h₁ - высота цилиндрической части фильтра, м (рис.   );

       Dв - внутренний диаметр фильтра, м;

       a - угол раствора конической части, °;

                ,

Принимаем толщину нижнего днища 

  hg = 5 мм.

 

 

Рисунок 3.Расчетная схема корпуса фильтра очистки молока .

4.5  Расчет болтового соединения  на растяжение

Определяем диаметр резьбы болтов, которые крепят крышку фильтра очистки  молока.

Максимальную силу давления на крышку определяем по формуле:

                F_max = P × S ,

где Р - давление внутри фильтра, действующие на крышку, Па;

      S - площадь поверхности крышки, м;

                  ,

где D - внутренний диаметр крышки, м;

             кН.

Принимаем число болтов Z = 3, материал болтов сталь 3.

Для резьбового соединения с неконтролируемой затяжкой, по табл. 3.4 [22] при постоянной нагрузке принимаем требуемый (допускаемый) коэффициент запаса прочности [S_T] = 4,5 в предположении, что наружний диаметр резьбы болтов находится в интервале 4…16 мм.

Допускаемое напряжение растяжения определяем по формуле:

               ,

где d_т.р. - предел текучести при растяжении Мпа (d_т.р = 240 Мпа [20] )

       [S_т] - коэффициент запаса прочности ;

              Мпа

Нагрузку на один болт определяем по формуле:

               ,

где Z - число болтов,

              кН

Определяем силу предварительной  затяжки по формуле:

              F_o = К_зат × (1-x)F,

где К_зат - коэффициент запаса предварительной затяжки, постоянной на

                грузки К_зат = 1,25…2 [22],

       x - коэффициент внешней нагрузки, для стальных деталей с упруги

            ми прокладками (асбест, резина) x = 0,4…0,5 [22].

Для герметичности соединения болты ставятся с предварительной затяжкой при сборке. Учитывая упругую резиновую прокладку в соединении, принимаем х = 0,45.

При постоянной нагрузке К_зат = 1,75 [22].

        F_o = 1,75(1 - 0,45) × 0,523 = 0,50 кН.

Определяем расчетную силу болта  с учетом влияния кручения при затяжке по формуле:

         F_расч. = 1,3 F_o + x F,

         F_расч. = 1,3× 0,50 + 0,45 × 0,523 = 0,89 кН.

 Определяем расчетный диаметр  резьбы болта по следующей формуле:

         ,

        ,

По табл. 11.2 [22] принимаем резьбу М6 с шагом Р = 1,0, для которой расчетный диаметр резьбы определяем по формуле:

         d_p = d - 0,94P,

где d - наружный диаметр резьбы, мм;

       Р - шаг резьбы.

          d_p = 6 - 0,94 × 1 = 5,06 мм > 4,6 мм, следовательно, резьба М6 пригодна.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Технико-экономическое обоснование конструкторской разработки.

 

Данная конструктивная разработка предназначается для использования её в отрасли животноводства. После доения коров молоко должно пройти первичную обработку. Первой операцией при первичной обработке молока является очистка молока при помощи фильтра, который устанавливается в молочном отделении. Количество фильтров зависит от количества линий на ферме. На ферме хозяйства ТОО «Михайловское» находятся две молочные линии, следовательно требуется установить два молочных фильтра.

Существующий фильтр, который применяют  в технологической линии имеет ряд недостатков:

неудобства в техническом обслуживании и ремонте;

низкая пропускная способность;

очистка молока составляет не более 85 процентов – 1 сорта.

В связи с этим предлагается заменить его на разработанный фильтр очистки молока, который является более производительным и более простым в техническом обслуживании и ремонте; качество молока улучшается, очистка молока составляет: 88 процентов – 1 сорта, 7 процентов – 2 сорта, 5 процентов – 3 сорта.

С существующим фильтром молоко составляет в процентах по сортам: 85-1, 10-2, 5-3.

5.1 Определение стоимости предлагаемого конструкторского приспособления

Определяем стоимость предлагаемого проектом конструкторского приспособления по формуле [28]

С_изд=С_мат+С_обрат

 

 

где

С_мат – стоимость всех материалов, которые необходимы для изготовления данного приспособления, руб;

С_обраб – стоимость изготовления и сборки приспособления, прочие затраты, руб;

С_обраб=З_о+З_д+З_н+П_р

где

З_о – основная заработная плата рабочего, руб;

З_д – дополнительная заработная плата работа, руб;

З_н – отчисления во внебюджетные фонды, руб;

П_р – прочие затраты, руб;

Расходы на материалы и сырьё  составят 2220 руб [30].

Заработную плату рабочего определяем следующим образом.

Основную заработную плату определяем по тарифным справочникам, согласно трудоёмкости работдля слесаря 4 разряда [28]. Тарифная ставка составляет 56,8 руб в час.

Согласно [28] техническое обслуживание за год составляет 15,6 человек*час для предлагаемого фильтра очистки молока.

Следовательно основная заработная плата  будет равна

З_о=15,6*56,7=886 руб

Дополнительная заработная плата  составляет 10 процентов от основной заработной платы [28], тогда:

Начисления на заработную плату включают отчисления во внебюджетные фонды – 32,1 процента [28] от суммы основной и дополнительных заработных плат

 

Всего заработная плата с начислениями на изготовление и установку приспособления составляет:

З_п=886+88,6+312,6=1287,4 руб

Расчёт прочих затрат ведём по следующей формуле:

где

К – процент от стоимости  материала, затраченного на изготовление фильтра (5…7 процентов) [28]

 

 С_обр=1287,4+133,2=1420,6 руб

Стоимость приспособления для очистки  молока составляет:

С_изд=2220+1420,6=3640,6 руб

5.2 Определение дополнительных эксплуатационных расходов

 

И=А_м0+Т_р+З_п+П_р

где

Амортизационные отчисления определяются по формуле 

 где

К_i – капиталовложения, руб;

Н_амс – годовая норма амортизационных отчислений по всем фондам;

m – количество видов основных фондов;

Затраты на текущий ремонт и техническое  обслуживание определяем по формуле:

 где

Н_трi – годовая норма отчислений на текущий ремонт и техническое обслуживание по видам основных фондов, %;

 

 Прочие расходы равны

Следовательно, дополнительные эксплуатационные расходы составят

И=665,3+327,7+1287,4+59,6=2340 руб

 

5.3 Определение прибыли от реализации  продукции

 

 

Определяем дополнительную денежную прибыль от повышения качества молока по следующей формуле [28]

где

S₁ – стоимость молока приёмно-сдаточная 1 сорта; она равна 4 рубля за литр;

S₂ – приёмно-сдаточная цена 1 литра молока 2 сорта – 3р 10к

А – количество молока, подлежащего  реализации, т;К – процент повышения качества молока от внедрения нового фильтра, %;

Д_в=(4-3,10)*3722,4*3=10050 руб.

5.4 Определение чистого дохода  в результате внедрения фильтра  очистки молока

 

Чистый доход от внедрения нового фильтра составляет

Ч_д=Д_в-Н*n

где

n – количество новых фильтров, которые находятся в молочной линии (n=2),

Ч_д=10050-2340=7710 руб.

 

5.5 Определение срока окупаемости  молочного фильтра.

 

Все данные, полученные в расчётах сводим в таблицу 5.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5.1 -Экономическая эффективность разработанного фильтра для очистки молока

Показатели	Единицы измерения	Величина
Дополнительные затраты на изготовление	руб	3640,6
Дополнительные  эксплуатационные издержки	руб	2340
Дополнительная выручка от продажи молока	руб	10050
Чистый доход	руб	7710
Срок окупаемости	год	1

 

Из анализа таблицы можно  сделать вывод, что от внедрения  разработанного фильтра в производство очистки молока хозяйство получит прибыль – 7710 руб, из-за повышения качества молока на 3 процента, причём дополнительная выручка от реализации молока составит 10050 руб. Срок окупаемости молочного фильтра составит 1 год.

Данная конструктивная разработка экономически эффективна для применения.

 

 

 

Литература

 

1. Годовые отчёты за 2000-2003 годы ТОО «Михайловское».
2. Бемянчиков Н.Н., Смирнов А.И. Механизация животноводства.      -М.:Колос,1979
3. Диланян З.Х. Молочное дело. -М.:Колос,1979
4. Краснокутский Ю.В. Механизация первичной обработки молока.     -М.:Колос,1979
5. Ковалёв Ю.Н. Аппараты молочных линий на фермах. -М.: Агропромиздат,1985
6. Колесник А.Л., Шаманский В.Г. Курсовое и дипломное проектирование. -М.:Колос,1977
7. Парфенов Б.Г. Находка для вашего хозяйства мини-цех АО “Колос”.Животновод, май 1996
8. Закупочные цены на молоко. Животновод №6, 1997
9. Зверева Т.М. Больше молока – больше денег. Если заводить коров, то породистых. Животновод, февраль 1998
10. Липатов Н.Н. Сепарирование в молочной промышленности. -М.: Пищевая промышленность, 1979
11. Мельников С.В. Технологическое оборудование ферм. -М.: Россельхозиздат, 1979
12. Алёшкин В.Р., Рощин П.М. Механизация животноводства. -М.: Колос, 1993