Snovanje naprave za čiščenje zrn

(1)

UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za strojništvo

Snovanje naprave za čiščenje zrn

Diplomsko delo visokošolskega študijskega programa I. stopnje Strojništvo

Gregor Meglič

Ljubljana, september 2021

(2)

(3)

(4)

(5)

UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za strojništvo

Snovanje naprave za čiščenje zrn

Diplomsko delo visokošolskega študijskega programa I. stopnje Strojništvo

Gregor Meglič

Mentor: prof. dr. Rajko Bernik, univ. dipl. inž.

Ljubljana, september 2021

(6)

(7)

(8)

(9)

Zahvala

Na prvem mestu bi se rad zahvalil mentorju prof. dr. Rajkotu Berniku za izkazano zaupanje in vso pomoč, ki mi jo je nudil v času pisanja diplomske naloge. Zahvalil bi se mu tudi za vzpodbudo in vse nasvete, ki sem jih prejel med pisanjem diplomske naloge.

Zahvalo namenjam tudi prijatelju in sošolcu na fakulteti Mitju Ambrožiču, za vso pomoč in nasvete v času študija.

Nazadnje pa gre zahvala še vsem domačim, za podporo in razumevanje v času študiranja na fakulteti.

(10)

(11)

(12)

(13)

Izvleček

UDK 631.36:004.925.84(043.2) Tek. štev.: VS I/945

Snovanje naprave za čiščenje zrn

Gregor Meglič

Ključne besede: čistilna naprava mnogocvetna ljuljka zrnje

ločevanje čiščenje

snovanje naprave modeliranje

Namen diplomskega dela je snovanje nove čistilne naprave za čiščenje zrnja. Konstruirana naprava v diplomskem delu je namenjena čiščenju zrnja mnogocvetne ljuljke, lahko pa je uporabljena tudi za čiščenje zrnja drugih vrst trav in žit. Najprej smo obravnavali teoretične osnove in pregledali literaturo, za temeljito razumevanje procesa ločevanja in čiščenja zrnja od primesi. Proces konstruiranja naprave smo začeli s pregledom že obstoječih konstrukcijskih izvedb naprav, ki so na trgu. Po postavljenih zahtevah in željah smo predpostavili, kakšen tehnološki proces bo naprava opravljala. Izdelali smo funkcijsko strukturo in morfološko matriko, kar nam je omogočilo izdelavo dveh konceptov, ki smo ju nato tudi ocenili in na podlagi tega izbrali boljši koncept. Za izbrani koncept smo izbrali in dimenzionirali strojne elemente potrebne za delovanje naprave. Napravo smo s pomočjo 3D modelirnika tudi narisali.

(14)

(15)

Abstract

UDC 631.36:004.925.84(043.2) No.: VS I/945

Design of a seed cleaning device

Gregor Meglič

Key words: cleaning device italian ryegrass grain

separation cleaning device design modelling

The purpose of the final thesis is to design a new seed cleaning device for the separation of seeds and grains. The device constructed is primarily intended for cleaning the grains of italian ryegrass, but it can also be used for cleaning the grains from other types of grasses and cereals. Firstly we discussed the theoretical foundations and reviewed literature, for a thorough understanding of the process of separating and cleaning grains from impurities. We started the process of constructing the new device by reviewing the already existing types of cleaning devices on the market. According to the set requirements and wishes, we assumed what tehnological process the device is going to perform. We created a functional structure and a morphological matrix, which enabled us to create two concepts. We evaluated the concepts and based on that we chose a concept with a higher overall grade. For the selected concept, we selected and dimensioned the machine parts required for the operation of the device. We also modelled the device with a 3D-modelling program.

(16)

(17)

Kazalo

Kazalo slik ... xvii

Kazalo preglednic ... xix

Seznam uporabljenih simbolov ... xxi

Seznam uporabljenih okrajšav ... xxv

1 Uvod ... 1

1.1 Ozadje problema ... 1

1.2 Cilji ... 2

2 Teoretične osnove in pregled literature ... 3

2.1 Mnogocvetna ljuljka ... 3

2.1.1 Uporaba mnogocvetne ljuljke ... 4

2.1.2 Morfološko-biološke lastnosti ... 4

2.1.3 Gospodarske lastnosti ... 4

2.2 Setev in sejalnice ... 4

2.3 Stroji za žetev ... 6

2.3.1 Zgodovinski razvoj strojev za žetev ... 6

2.3.2 Sodobni stroji za žetev ... 8

2.4 Stroji za čiščenje žita ... 9

2.4.1 Žitni čistilni stroji ... 10

2.4.2 Mlatilni stroji ... 11

2.4.3 Sodobne čistilne naprave ... 13

3 Pregled trga in različnih konstrukcijskih izvedb čistilnih naprav ... 15

4 Konstruiranje nove čistilne naprave ... 19

4.1 Osnove konstruiranja nove naprave ... 19

4.2 Opis problema ... 21

4.3 Zahteve in specifikacije konstrukcije ... 22

4.4 Tehnološki proces ... 23

4.5 Funkcijska struktura ... 24

(18)

4.6 Morfološka matrika ... 25

4.7 Koncepti možnih rešitev ... 26

4.7.1 Koncept 1... 27

4.7.2 Koncept 2... 28

4.8 Vrednotenje konceptov ... 29

4.8.1 Tehnična ocena konceptov ... 29

4.8.2 Ekonomska ocena konceptov ... 30

5 Dimenzioniranje glavnih sestavnih delov čistilne naprave .. 33

5.1 Vrednotenje čistilnega mehanizma za grobo in fino ločevanje zrn ... 33

5.1.1 Izračun delovne hitrosti mehanizma ... 34

5.1.1.1 Določitev parametrov za elektromotor ... 35

5.1.1.2 Določitev potrebne potisne sile za premik mehanizma ... 36

5.1.2 Statični preračun ročičnega mehanizma ... 36

5.2 Vrednotenje jermenskega gonila ... 41

5.2.1 Izračun orientacijskega medosja ... 41

5.2.2 Izračun nagibnega kota jermenske veje ... 42

5.2.3 Izračun objemnih kotov jermenic ... 42

5.2.4 Izračun orientacijske dolžine jermena ... 42

5.2.5 Izračun dejanske medosne razdalje ... 42

5.2.6 Kontrola hitrosti in upogibne frekvence jermena ... 43

5.2.7 Določitev števila jermenov ... 44

5.2.8 Izračun veličin za prednapetje jermenov ... 46

5.3 Preračun gredi ... 47

5.3.1 Preliminarna določitev premera gredi ... 47

5.3.2 Prenos moči in potek momenta od elektromotorja do ročičnega mehanizma 48 5.3.3 Izračun vpliva sile prednapetja jermena na gred ... 48

5.3.4 Določitev tangentne in radialne sile na izsredniku ... 50

5.3.5 Statični preračun obremenitev na gredi ... 51

5.4 Vrednotenje ležajev ... 55

5.4.1 Vrednotenje ležajev na statično nosilnost ... 55

5.4.2 Imenska doba trajanja ležajev ... 56

5.5 Kontrola napetosti v kritičnih prerezih gredi ... 57

5.5.1 Kontrola kritičnega mesta 1 ... 57

5.5.2 Kontrola kritičnega mesta 2 ... 59

5.5.3 Kontrola na kritičnem mestu 3 ... 61

5.6 Kontrola upogibnih deformacij na gredi ... 63

5.6.1 Kontrola upogibnih deformacij in zasukov v ravnini x–y ... 63

5.6.2 Kontrola upogibnih deformacij in zasukov v ravnini x–z ... 67

(19)

5.6.3 Kontrola skupnega povesa in zasuka v gredi ... 70

5.7 Vrednotenje gredne zveze z moznikom na mestu jermenice ... 71

5.8 Vrednotenje obremenitev v ojnici ročičnega mehanizma ... 72

5.8.1 Vrednotenje natezne obremenitve v ojnici ... 73

5.8.2 Vrednotenje uklonske sile v ojnici ... 73

5.9 Vrednotenje sornika na izsredniku ... 74

5.9.1 Statični izračun obremenitev v x–y ravnini ... 75

5.9.2 Statični izračun obremenitev v x–z ravnini ... 76

5.9.3 Vrednotenje kritičnega prereza ... 77

5.10 Izračun zmogljivosti čistilnega stroja ... 79

6 Izdelava 3D-modela čistilnega stroja in predstavitev 3D- modela ... 83

7 Zaključek... 91

Literatura ... 93

Priloga A ... 95

Priloga B ... 95

Priloga C ... 96

Priloga D ... 96

Priloga E ... 96

(20)

(21)

Kazalo slik

Slika 2.1: Mnogocvetna ljuljka [2] ... 3

Slika 2.2: Prikaz sejalnega mehanizma [4] ... 5

Slika 2.3: Sejalnica za žito [4] ... 5

Slika 2.4: Sestavni deli traktorskega žetvenika [5] ... 7

Slika 2.5: Starodobni samovozni žetveniki [5] ... 7

Slika 2.6: Sodobni žetvenik [6] ... 8

Slika 2.7: Mlatilni mehanizem na sodobnem žetveniku [7] ... 9

Slika 2.8: Ročni žitni čistilnik [5] ... 10

Slika 2.9: Motorni žitni čistilnik [5] ... 11

Slika 2.10: Oblike pretresnih mrež [5] ... 12

Slika 2.11: Samovozni mlatilni in čistilni stroj [5] ... 13

Slika 3.1: Čistilna naprava 1 [8] ... 15

Slika 4.1: Prikaz konstrukcijskega procesa po VDI-R 2221 [12] ... 20

Slika 4.2: Tehnološki proces ... 23

Slika 4.3: Funkcijska struktura ... 24

Slika 4.4: Koncept 1 ... 27

Slika 4.5: Koncept 2 ... 28

Slika 4.6: Relativne ocene konceptov ... 30

Slika 5.1: Izbira elektromotorja iz kataloga [17] ... 35

Slika 5.2: Prikaz ročičnega mehanizma ... 37

Slika 5.3: Razdalje v odvisnosti od kota ojnice... 37

Slika 5.4: Sile v podporah izsrednika ... 39

Slika 5.5: Potek momenta na gredi v odvisnosti od zasučnega kota ... 40

Slika 5.6: Jermensko gonilo s klinastim jermenom [14] ... 41

Slika 5.7: Prikaz veličin za prednapetje jermena [14] ... 46

Slika 5.8: Sila prednapetja v jermenu ... 49

Slika 5.9: Radialna in tangentna sila na izsredniku ... 50

Slika 5.10: NTM diagram za ravnino x-y [15] ... 52

Slika 5.11: NTM diagram za ravnino x-z [15] ... 53

Slika 5.12: Kritična mesta na gredi ... 57

Slika 5.13: Upogibne deformacije in zasuki v x-y ravnini ... 64

Slika 5.14: Upogibne deformacije in zasuki v ravnini x–z ... 67

Slika 5.15: Zveza gredi in pesta z moznikom [16] ... 71

Slika 5.16: Ojnica ročičnega mehanizma ... 72

Slika 5.17:Statični izračun v x–y ravnini ... 75

(22)

Slika 5.18: Statični izračun v x–z ravnini ... 76 Slika 5.19: Kritični prerez na sorniku... 77 Slika 5.20: Prikaz velikosti izvrtin na mreži ... 79 Slika 6.1: 3D-model čistilnega stroja brez zaščitnih pokrovov ... 83 Slika 6.2: Čistilni mehanizem za fino in grobo ločevanje ... 84 Slika 6.3:Prikaz zadnje strani čistilnega mehanizma ... 84 Slika 6.4: Drča za izmet primesi ... 85 Slika 6.5: Prikaz bronastih puš in podložk ... 86 Slika 6.6:Prikaz mehanizma za prednapetje jermenov ... 86 Slika 6.7:Zgornji zalogovnik ... 87 Slika 6.8: Vmesni zalogovnik in ločevalni sistem z zračnim tokom ... 88 Slika 6.9: 3D-model čistilnega stroja ... 89

(23)

Kazalo preglednic

Preglednica 4.1: Specifikacije konstrukcije novega izdelka ... 22 Preglednica 4.2: Morfološka matrika ... 25 Preglednica 4.3: Tehnična ocena konceptov ... 29 Preglednica 4.4: Ekonomska ocena konceptov ... 30 Preglednica 5.1: Veličine za preračun jermenskega gonila [14] ... 44 Preglednica 5.2: Podatki o ležaju [19] ... 55 Preglednica 5.3: Dimenzije moznika [18] ... 71

(24)

(25)

Seznam uporabljenih simbolov

Oznaka Enota Pomen

a mm dejanska medosna razdalja

a1 mm debelina palice

A mm² presek

a0 mm orientacijsko medosje

amr m širina mreže

Ax N sila v prijemališču ojnice na izsredniku v x smeri Ay N sila v prijemališču ojnice na izsredniku v y smeri

b mm širina moznika

b1 / koeficient velikosti prereza

b2 / koeficient hrapavosti površine

bmr m dolžina mreže

Bx N sila obremenitve ojnice v x smeri

By N sila obremenitve ojnice v y smeri

C N dinamična nosilnost ležaja

C1 / pomožna veličina 1

Cx N sila v podpori izsrednika v x smeri

Cy N sila v podpori izsrednika v y smeri

Cβ / koeficient objemnega kota

d mm premer gredi

D mm večji premer na gredi

d1 mm premer jermenice

dm mm premer večje (gnane) jermenice

dv mm premer manjše (pogonske) jermenice

Ei / izbran delovni princip za koncept

f mm poves na gredi

F1 N potisna sila

f1 mm pomožna veličina 1 za izračun upogibne frekvence f2 mm² pomožna veličina 2 za izračun upogibne frekvence

Fa N aksialna obremenitev ležaja

FG0 N potrebna sila prednapetja

Fn N sila v veji jermena pri mirovanju

Fr N radialna sila, ki deluje na izsrednik med obratovanjem

Fr1 N radialna sila, ki deluje na ležaj

Ft N tangentna sila, ki deluje na izsrednik med

obratovanjem

Ft* N dopustna obodna sila za en jermen oziroma rebro

Ft1 N obodna sila v jermenu

FtN N referenčna obodna sila na jermenu

fu 1/s upogibna frekvenca jermena

(26)

g m/s² gravitacijski pospešek

h mm višina moznika

htr m višina sloja travne zmesi

i / prestavno razmerje

i1 mm vztrajnostni polmer v ojnici

I mm⁴ vztrajnostni moment v prerezu

KA / koeficient obratovanja

l m dolžina

L mm dejanska dolžina jermena

L0 mm orientacijska dolžina jermena

l1 m dolžina med osjo gredi in osjo sornika na izsredniku

L10 vrt doba trajanja ležaja

L10h h doba trajanja ležaja v urah

l2 m dolžina ojnice

l3 m razdalja med osjo sornika in oddaljenim koncem palice

l4 m razdalja med vodoravno osjo gredi in sornikom

l5 m razdalja med navpično osjo gredi in osjo sornika

lk mm efektivna dolžina moznika

LR mm referenčna dolžina jermena

Lu mm uklonska dolžina palice

M Nm moment

Mc Nm moment okoli osi vrtenja mehanizma

Mf Nm upogibni moment

Mg Nm vzvojni moment na gredi

mizv kg masa travne zmesi

Mm Nm vzvojni moment na elektromotorju

mmeh kg masa mehanizma

Mt Nm vzvojni moment

mtr kg masa travne zmesi

n vrt/min vrtilna frekvenca

n2 vtr/min vrtilna frekvenca manjšega elektromotorja

ng vrt/min vrtilna frekvenca gredi

Nkr N kritična uklonska sila v palici

nm vrt/min vrtilna frekvenca elektromotorja

n1 / število elementov

Np N notranja osna sila v palici

P N dinamična ekvivalentna obremenitev ležaja

p MPa površinski tlak

P1 mm² površina

P0 N statična ekvivalentna obremenitev ležaja

Pg W moč na gredi

Pm W moč elektromotorja

Pmr m² površina mreže

Q / pomožna veličina pri izračunu korekcije obodne sile

q kg/m specifična masa na meter dolžine jermena

Ri / ocena koncepta

rizs m polmer kinematskega kroga na izsredniku

Rm MPa natezna trdnost materiala

(27)

Rmax µm največja višina neravnin

Rp0,2 MPa meja plastičnosti materiala

rv mm polmer vetrnice

s0 / statična varnost ležaja

sD / faktor dinamične varnosti

t mm višina stopnice na prehodu gredi

t1 mm globina utora v gredi

t2 mm globina utora v pestu

tanα / zasuk na gredi

v / varnostni faktor

V mm³ volumen

vg m/s obodna hitrost gredi

vjer m/s obodna hitrost jermena

vukl / faktor uklonske varnosti

vzr m/s hitrost zračnega toka

W mm³ odpornostni moment

X0 / koeficient radialne obremenitve ležaja

xm mm najmanjša potrebna razdalja za montažo jermena

xm1 mm razdalja maksimalnega povesa na gredi

xp mm najmanjša potrebna razdalja za prednapetje jermena

Y0 / koeficient aksialne obremenitve ležaja

Z / število jermenov

zt mm višina nevtralne osi

ΔFti N korekcija referenčne obodne sile zaradi prestavnega razmerja

ΔFtL N korekcija referenčne obodne sile zaradi dolžine jermena

𝑄̇ kg/s masni tok travne zmesi

α ° kot med osjo izsrednika in osjo ojnice

αFG0 ° kot med komponento sile prednapetja in silo

prednapetja

αjer  nagibni kot jermenske veje

αkf / koeficient oblike zareze za upogibno obremenitev

αkt / koeficient oblike zareze za torzijsko obremenitev

β ° kot med vodoravno osjo gredi in osjo ojnice

βFG0 ° kot zasuka koordinatnega sistema

βkf / koeficient zareznega učinka za upogibno obremenitev βkt / koeficient zareznega učinka za torzijsko obremenitev

βm  objemni kot manjše jermenice

βv  objemni večje jermenice

γFG0 ° kot med navpično osjo gredi in smerjo delovanja sile prednapetja

ϑ g/dm³ razmerje travne zmesi na enoto volumna

η / izkoristek

ηk / koeficient občutljivosti materiala na zareze

λ / vitkost palice

ρ mm radij prehoda na gredi

(28)

σ MPa napetost

σDf MPa upogibna trajna dinamična trdnost

σf MPa upogibna napetost

σp MPa primerjalna napetost

τDt MPa vzvojna trajna dinamična trdnost

τt MPa vzvojna napetost

φ / koeficient nošenja

ωg rad/s kotna hitrost gredi

ωv rad/s kotna hitrost vetrnice

Indeksi

cel celotni

em elektromotor

izs izsrednik

izv izvrtina

j jermenski

prenos

jer jermen

kr kritična

l ležaj

max največji

meh mehanizen

min najmanjši

moz moznik

mr mreža

tr travna zmes

ukl uklonski

v vetrnica

zr zračni tok

(29)

Seznam uporabljenih okrajšav

Okrajšava Pomen

VDI združenje nemških inženirjev (nem. Verein Deutscher Ingenieure) DIN nemški inštitut za standardizacijo

ISO mednarodna organizacija za standarde

SPZ tip ozkega klinastega jermena

CE evropska skladnost (fr. Conformité Européene)

(30)

(31)

1 Uvod

1.1 Ozadje problema

Kmetijstvo je ena izmed najstarejših in najpomembnejših delovnih panog v zgodovini človeštva. Tako kot vse stvari, se je tudi kmetijstvo od svojega začetka skozi zgodovino spreminjalo in razvijalo. Prehod z nabiralništva semen in lova živali na poljedelstvo je človeku omogočil, da se je lahko stalno naselil na primernih lokacijah, kjer je potem opravljal svojo dejavnost. Zato je tudi pomen semen v poljedelstvu zelo velik.

V diplomski nalogi je obrazložen postopek konstruiranja novega čistilnega stroja za seme travnih mešanic, lahko pa služi tudi kot opora za optimizacijo že obstoječega čistilnega stroja za žita. Naprava naj služi za učinkovito in kvalitetno ločevanje semena travnih mešanic od drugih nečistoč. Glavni namen te naprave naj bo ločevanje semen od nečistoč, skrajšati čas med čiščenjem semen in setvijo, posledično pa tudi nižji stroški setve omenjenih travnih mešanic zaradi domače pridelave semen.

Na trgu lahko najdemo različne proizvajalce čistilnih naprav, ki so predvsem iz tujine. Na slovenskem trgu je proizvajalcev čistilnih naprav za žita malo. Čistilne naprave se med seboj razlikujejo po izvedbi naprave in po načinu čiščenja semen. Načinov, s katerim naprava ločuje semena od nečistoč, je več. Različne vrste semen pa pogojujejo, kateri način ločevanja je najbolj ustrezen za vsako posamezno vrsto. Izvedba naprave pa nam največkrat pove, kakšno zmogljivost ima naprava. Pri vsaki napravi pa lahko najdemo prednosti in slabosti.

Za obravnavano temo sem se odločil, ker doma že nekaj let sami pridelujemo seme enoletne travne mešanice, ki jo posejemo predvsem na njivskih površinah in je namenjena za krmo krav molznic. Za domačo pridelavo semen smo se odločili, ker so odkupne cene v semenarnah dokaj visoke, sama kvaliteta semen pa se z domačo pridelavo ne poslabša.

(32)

Uvod

1.2 Cilji

Po končani raziskavi trga sem ugotovil, da je čistilnih strojev za žita in trave v Sloveniji malo, sploh ko gre za domačo uporabo čistilnega stroja. Kmetje običajno semena kupijo v semenarnah in zadrugah. Doma smo se odločili, da bomo travno seme pridelovali sami in po nekaj letih se je izkazalo, da odločitev ni bila slaba. Edina slabost se je pokazala pri žetvi, kar pa je posledično privedlo tudi do nastanka ideje za temo te diplomske naloge. Seme se požanje z žetvenikom, vendar je vsebnost nečistoč v požetem semenu previsoka, da bi bilo seme primerno za setev. Glavni cilj te naloge je razviti čistilni stroj, ki bo učinkovito prečistil požeto travno seme, z zmogljivostjo vsaj 400 kg/h. Zagotovljena mora biti dovolj visoka stopnja čistosti semen, da bo mogoča setev z žitno sejalnico.

Konstrukcija čistilnega stroja mora biti dovolj lahka, da ga lahko premika ena ali dve osebi in mora biti v okviru določenih zunanjih mer, da skladiščenje stroja po končanem delu zavzame čim manj prostora. Konstrukcija stroja mora zagotavljati varnostne standarde pri delu s strojem, konstrukcija mora omogočati preprosto čiščenje po končanem delu in enostaven dostop do sestavnih delov v primeru okvare stroja. Poleg tega je eden izmed ciljev tudi zagotoviti dobre delovne pogoje za uporabnika, ker pride pri premikanju posušenih semen do precejšnjega dviganja prahu, ki otežuje delo, poleg tega pa je tudi škodljivo zdravju.

Po izdelani diplomski nalogi bi čistilni stroj tudi izdelali za domačo uporabo.

.

(33)

2 Teoretične osnove in pregled literature

2.1 Mnogocvetna ljuljka

Mnogocvetna ljuljka, prikazana na sliki 2.1, je enoletna prezimna trava. Posevek nam ob ustrezni tehnologiji da visoke pridelke odlične kakovosti. Znano je, da mnogocvetna ljuljka za dober pridelek in kakovost potrebuje zadostno količino gnojenja, predvsem z dušikom in zadostno količino vlage. Običajno mnogocvetno ljuljko sejemo samostojno, lahko pa jo sejemo tudi skupaj z deteljami (inkarnatka, črna detelja). V kombinaciji z deteljami se zaradi vezave dušika metuljnic iz zraka zmanjša potreba po gnojenju z dušikom. Poveča pa se tudi stabilnost pridelka ob morebitnem pomanjkanju vlage. Pri pridelavi je zelo pomemben tudi čas spravila. Pozorni moramo biti, da nam posevek ne uide oziroma ne postane prestar. Ob tem se pridelek res povečuje, se pa zato kakovost z vsakim dnem bistveno zmanjšuje.

Poseben problem predstavljajo starejše klasične (stebelne) sorte. S tega vidika lahko zadevo malo omilimo s setvijo novejših listnatih sort mnogocvetne ljuljke, ki se ne postarajo tako hitro kot stebelne sorte [1].

Slika 2.1: Mnogocvetna ljuljka [2]

(34)

Teoretične osnove in pregled literature

Ko pa želimo dobiti semena mnogocvetne ljuljke, jo je treba pustiti rasti vsaj 10 tednov. Čas rasti je v tem primeru odvisen predvsem od vremenskih razmer, saj je v začetku rasti zaželeno deževno vreme. Ko rastlina preide v fazo latenja, pa je treba čim bolj suho in vroče vreme. Običajno se jo za potrebe semen pusti rasti po drugi košnji. Žetev se opravi, tik preden začnejo odpadati semena, da ne pride do prevelikega izpada pridelka.

2.1.1 Uporaba mnogocvetne ljuljke

Zaradi bujne rasti in hitre regeneracije je priporočena za setev tako v deteljno travnih mešanicah kot v monokulturi. Seje se jo za večje število košenj ali za pašo, predvsem pa je odlična za konzerviranje. Mnogocvetno ljuljko uporabljamo za krmo goveda. Ker je beljakovinsko bogata rastlina je odlična za krave molznice, prav tako pa je primerna za krmo pitancev [3].

2.1.2 Morfološko-biološke lastnosti

Rastlina je pokončne rasti s srednje visokim čopom. Steblo je 70 do 80 cm visoko, gladko, svetlo zelene barve in srednje odporno proti poleganju. Ima dolge in široke liste, prav tako svetlo zelene barve in brez dlačic [3].

2.1.3 Gospodarske lastnosti

Rastlina te sorte cveti v zadnji dekadi maja. Delež listov je 43 %. Je srednje odporna proti nizkim temperaturam in suši ter dobro odporna proti boleznim. Zelo dobro reagira na intenzivno gnojenje z dušikom. V enem letu jo lahko kosimo do 5-krat [3].

2.2 Setev in sejalnice

Poznamo tračno, široko in vrstno setev. Vrstna setev poteka s setvenimi lemeži, ki so medsebojno neodvisno vertikalno gibljivi, tako da se lahko prilagajajo terenu setvene površine. Obstaja več izvedb setvenih lemežev, kot so ralasta oblika setvenega lemeža, sabljasta oblika setvenega lemeža in krožnikasta oblika setvenega lemeža. Vsaka izvedba ima svoje prednosti in pomanjkljivosti. Pri ralasti in sabljasti izvedbi mora setvena površina biti brez predhodnih rastlinskih ostankov, da ne pride do zamašitve med setvijo. Krožnikasta oblika lemeža ta problem obide, saj se prek rastlinskih ostankov kotali, jih reže ter vtiskava v zemljo. Krožni lemeži so tudi najbolj primerni za setev v lepljivem, mokrem in težjem zemljišču. Konstrukcijska izvedba je lahko iz enega ali dveh krožnikov. Lemež tvori ozek kot, ki je naravnan na smer setve in v ta kot se odlaga seme [4].

Zalogovnik semena na sejalnicah je lijakaste oblike po celotni delovni površini. Notranjost je razdeljena na več delov in je odvisna od vrste semen. Razdeljenost je pomembna zaradi

(35)

enakomernosti porazdelitve semen. Na dnu zalogovnika je nameščeno mešalo, ki skrbi, da seme ne naredi oboka. Pred odgrebali semen so nameščene še nastavljive zaporne lopute, ki jih lahko uporabimo za zaporo določenih vrst sejalnice, poleg tega pa jih lahko za različno velika semena odpremo na različnih pozicijah. Za pravilen tok semena in količino setvenega odmerka skrbi odgrebalo, ki je vidno na sliki 2.2. Sejalnico za setev nastavimo tako, da spreminjamo prestavno razmerje med odgrebali sejalnice in voznim kolesom sejalnice, ki je hkrati tudi pogonsko kolo odgrebal [4].

Slika 2.2: Prikaz sejalnega mehanizma [4]

Na sliki 2.3 je prikazan še primer vrstne sejalnice za žita.

Slika 2.3: Sejalnica za žito [4]

(36)

2.3 Stroji za žetev

Glavni funkciji strojev za žetev sta odkos rastline in ločevanje zrnja od preostalega dela rastline, ter spravilo zrnja v za to namenjen zalogovnik. V nadaljevanju sta opisana zgodovinski razvoj strojev za žetev, ter sodobni žetveniki in njihov način delovanja.

2.3.1 Zgodovinski razvoj strojev za žetev

Žetveniki ali žitni spravljalniki so se najprej pojavili v Ameriki okoli leta 1860. Ime izhaja iz imena ''combine'', kar pomeni kombinirani stroj, saj je sestavljen iz več žetvenih in mlatilnih strojev. Prvi kombajni so se delili na več vrst, po načinu premikanja so se delili na traktorske in na samovozne, po načinu pogona pa so se delili na motorne in priključne.

Razlikovali so se tudi po tem, kako so od kosilne naprave odnašali odkošeno žito. Za različne vrste pridelka so se kombajni prav tako delili na univerzalne, s katerimi se je lahko ob majhni spremembi nastavitev stroja želo več različnih pridelkov, in na specialne, kjer je žetev enega pridelka potekala povsem drugače kot pri univerzalnem. Primer specialnega kombajna je kombajn za koruzo, kjer mora biti naprava za odkos koruze povsem drugačna od kombajna za žito [5].

Traktorski spravljalniki so se delili na dve vrsti, na visokorezne spravljalnike in na nizkorezne spravljalnike. Razlika izhaja iz višine strnišča, ki je na njivi ostalo po končani žetvi. Tako visokorezni spravljalniki kot tudi nizkorezni spravljalniki so bili sestavljeni iz vezalne kosilnice za žito, ter iz samočistilnega mlatilnega stroja. Požeto žito se je po stroju premikalo od kosilnice na mlatilni stroj s pomočjo polžastega odnašala ali pa s tekočim trakom. Mlatilni stroj je nato žito omlatil, očistile pa so ga mreže. Žito se je zbiralo v zalogovniku, ki je bil na spravljalniku nameščen ob strani in v nekaterih primerih tudi višje od tal, da je bilo omogočeno lažje raztovarjanje. Slama je iz spravljalnika padla na njivo ob koncu mlatenja in po prehodu skozi čistilne mreže. Spravljalniki take vrste so dosegali maso 3000 kg do 6000 kg. Med obratovanjem stroja sta morala biti prisotna vsaj dva strojnika.

Nizkorezni spravljalniki so se poleg višine odkosa žita od visok reznih razlikovali tudi po velikosti kosilnice, ki je pri nizkoreznih dosegala širino 1,5 do 2,5 m, pri visokoreznih spravljalnikih pa so kosilnice dosegale tudi 9 m delovne širine. Posledično so zato imeli tudi manjšo maso, potrebna pogonska moč je bila lahko manjša. Najmanjše izvedbe teh spravljalnikov so lahko poganjali traktorji z močjo 26 kW. Na sliki 2.4 je prikazan primer traktorskega spravljalnika [5].

(37)

Slika 2.4: Sestavni deli traktorskega žetvenika [5]

Samovozni žetveniki, prikazani na sliki 2.5 so pred traktorskimi imeli kar nekaj prednosti.

Imeli so vgrajen pogonski motor, ki je omogočal pogon stroja za transport in za delo na njivi.

Velika prednost pred traktorskim spravljalnikom je bila tudi visoka okretnost stroja, žanjec pa je imel tudi veliko boljšo vidljivost med delom, poleg tega je bil za delovanje stroja potreben samo en žanjec. Zalogovnik je bil pri teh spravljalnikih večji od traktorskih, vanj je bil vgrajen še polžni transporter, s katerim je bilo raztovarjanje lažje. Zmogljivost spravljalnikov je bila odvisna od moči pogonskega motorja, predvsem pa od delovne širine stroja. V povprečju je veljalo, da za 0,5 ha požete delovne površine na uro potrebujemo delovno širino stroja 1 m [5].

Slika 2.5: Starodobni samovozni žetveniki [5]

(38)

2.3.2 Sodobni stroji za žetev

Sodobni samovozni žetveniki so kot samostojni stroji za žetev žit na kmetijah nepogrešljivi.

Traktorski žetveniki se zaradi majhne zmogljivosti in zaradi slabe okretnosti naprav s samovoznim žetvenikom ne uporabljajo več. Delovni načini, s katerimi omlatijo in čistijo zrnje pa še vedno temeljijo na delovnih principih starih mlatilnih strojev in čistilnih naprav.

Na sliki 2.6 sta prikazana sodobna žetvenika med delom.

Slika 2.6: Sodobni žetvenik [6]

Žetveni del žetvenika je sestavljen iz nožev, koluta za ukrivljanje klasja in iz transportnega polža, ki pokošeno žito pomika proti sredini ustja in ga s pomočjo tekočega traku spravlja v mlatilni mehanizem spravljalnika. V tem delu stroja se žitno zrnje v mlatilnem mehanizmu loči od klasje in pade skozi košaro, kjer ga pomično dno pomika proti ločevalnim mrežam.

Slama po prehodu skozi mlatilne bobne preide na premikajoče se mreže, ki prepuščajo tisto zrnje, ki se ni uspelo ločiti v mlatilnem mehanizmu. To zrnje se združi z zrnjem, ki se je od klasja že predhodno ločilo v mlatilnem mehanizmu. Mreže se čistijo s pomočjo puhala, ki ustvarja zračni tok, usmerjen na ločevalne mreže. Poleg tega mreže opravljajo translatorno gibanje v dve smeri in s tem ločujejo zrnje od primesi. Zrnje pade skozi mreže, medtem ko zračni tok iz stroja odnese prah in druge primesi. Očiščeno zrnje po padcu skozi mreže po nagnjenem dnu pride do polžastega transporterja, ki ga pošlje v zalogovnik spravljalnika, ki se nahaja za kabino žanjca. Za raztovarjanje zalogovnika se uporablja še en polžasti transporter, ki je nameščen v cev. Cev se ob polnem zalogovniku odkloni, poleg tega pa je cev zasnovana tako, da omogoča spreminjanje nagiba, tako da je omogočeno raztovarjanje tudi v večje prikolice.

(39)

Slika 2.7: Mlatilni mehanizem na sodobnem žetveniku [7]

Na sliki 2.7 je prikazan mlatilni mehanizem sodobnega žetvenika. Prikazan mehanizem je nameščen v osnovni model spravljalnika znamke Claas. Prikazan je potek mlatenja žitnih zrn iz klasja rastline. To zrnje pa nato skozi rešetko, ki je nameščena tik ob bobnu, pade na premično dno, ki zrnje pomika naprej proti ločevalnim mrežam. Rešetka je tako blizu bobna nameščena zato, da zagotavlja čim boljše delovanje bobna, ki udarja po vstopajočem žitu.

Nastavitev odmika lahko prilagajamo za različne vrste žit in stopnjo zrelosti.

2.4 Stroji za čiščenje žita

Stroji za čiščenje žita so namenjeni čiščenju in ločevanju primesi od zrnja po tem, ko žetvenik požanje žito. Žito, ki se očisti na teh strojev je primerno za nadaljnjo uporabo, kot sta setev ali krma živali. Pred razvojem sodobnih samohodnih žetvenikov so bili stroji za čiščenje in žetev v veliki meri ločeni. Pri sodobnih žetvenikih, pa so čistilni stroji že vgrajeni v konstrukcijo stroja in zagotavljajo visoko stopnjo čistoče zrnja že takoj ob žetvi.

(40)

2.4.1 Žitni čistilni stroji

Pred prvimi čistilnimi stroji so žita čistili ročno. Rastlino je bilo treba najprej omlatiti, zrnje zmešano z vsemi primesmi pa so nato več opravilih primerno očistili s pomočjo rešet in velnic. Prvi čistilni stroji za žito so delovali po istih delovnih principih, po katerih so potekala prejšnja ročna opravila, primer ročnega čistilnega stroja je prikazan na sliki 2.8. Čistilni stroji za žito so imeli nasipni koš ali zalogovnik, kamor se je nasulo zrnje s primesmi, na dnu zalogovnika je bilo premično dno, ki se je podaljšalo v redko mrežo ali pa v paličaste grablje in več rahlo nagnjenih stresalnih žičnih mrež, ki so se premikale sem ter tja. Te mreže so imele različne velikosti gostote, skozi katere je lahko prehajalo zrnje. Čistilni stroj je imel tudi vetrnico, ki je ustvarjala zračni tok, ki je odnašal lažja semena plevela in pleve, poleg tega pa tudi prah. Zračni tok je bil namenjen tudi sprotnemu čiščenju mrež, s tem se je večala zmogljivost stroja. Največje smeti so lahko iz čistilnega stroja izstopile čez premično zaslonko na zgornjem delu stroja ali pa v predal na notranji strani zaslonke. Zračni tok je med prehodom zrnja skozi mreže sproti odnašal še pleve in dele klasja, očiščeno seme pa je po prehodu skozi mreže izstopilo iz čistilne naprave na tla zraven čistilnega stroja. Vmes je bil še poseben predal, ki je bil namenjen odnašanju lahkega zrnja in drugih ostankov primesi s srednje goste mreže. Za ustrezno čiščenje različnih vrst žita so imeli mreže ustrezne velikosti, ki so jih menjali po potrebi. Potrebna pogonska sila ročnega čistilnika je bila približno 560 W [5].

Slika 2.8: Ročni žitni čistilnik [5]

Ker pa so bili ročni čistilni stroji naporni za uporabo, so kmalu začeli izdelovati tudi čistilne stroje, ki so jih poganjali elektromotorji. Ti stroji so bili zasnovani drugače, saj je bila vhodna moč elektromotorja veliko močnejša od vhodne moči pri ročnem čistilnem stroju. Izdelani so bili iz masivnega in bolj trpežnega lesa, prav tako pa so bili ojačeni z jeklenimi vezmi in kotnimi vložki. Vetrnice so morale biti bolj robustne izdelave, da so lahko prenašale večje obremenitve in višje vrtilne hitrosti. Pojavila se je tudi potreba po močnejših gredeh in ležajih. Pred začetkom dela jih je bilo treba tudi pritrditi k tlom, da se med delom stroj ni premikal. Elektromotor je bil s čistilno napravo povezan prek jermenskega prenosa. Zelo pomembna je bila tudi pravilna izbira premera jermenic, tako na motorju kot na čistilnem stroju, saj je bilo od izbranega prestavnega razmerja odvisno, kako bo stroj ločeval zrnje od

(41)

primesi. Motorni čistilni stroj, prikazan na sliki 2.9, je za obratovanje potreboval pogonsko moč do 746 W. Zmogljivost omenjenega stroja je bila do 2 t očiščenega semena na uro. Stroj je sicer imel veliko pomanjkljivost v dviganju prahu [5].

Slika 2.9: Motorni žitni čistilnik [5]

2.4.2 Mlatilni stroji

Mlatilni stroj ločuje zrnje od klasja rastline. Prvi mlatilni stroji so se pojavili v Ameriki okoli leta 1830 [5].

Mlatilni stroji so se med seboj razlikovali po:

− vrsti bobna,

− namestitvi plašča,

− načinu vlaganja snopov žita v mlatilnik,

− načinu pogona,

− izdelavi,

− velikosti,

− storilnosti,

− po kakovosti priprav za nadaljnje čiščenje zrnja.

Po vrsti bobna so se razlikovali mlatilni stroji z zobatim bobnom in z letvastimi bobni. Obe vrsti bobnov sta bili zasnovani na istem načinu delovanja, sestavljeni sta bili iz bobna (zobatega ali letvastega) in iz bobnaste brane oziroma košare. Boben in brana sta med delovanjem s svojo obliko (zobmi ali letvami) ločevala zrnje od klasja rastline. Za boljšo izvedbo se je izkazal zobati boben z brano, njegova zmogljivost je bila v primerjavi z letvasto izvedbo 20 % večja. Zmogljivost je bila odvisna predvsem od premera mlatilnega bobna in od načina pogona. Z motornim pogonom in z zobatim bobnom pri premeru bobna do 50 cm je bil stroj zmožen omlatiti do 330 kg zrnja v eni uri. Pri ročnem pogonu je bila zmogljivost manjša, ob tem pogonu je bil stroj zmožen omlatiti do 200 kg zrnja. Pri namestitvi brane ali

(42)

košare glede na boben so se mlatilni stroji delili na dve vrsti, na mlatilne stroje z brano nad bobnom in na mlatilne stroje z brano pod bobnom. Od namestitve košare ali brane je bilo odvisno, kako so se v mlatilni stroj vlagali snopi žita [5].

Pogon mlatilnega stroja je bil lahko ročen ali pa motoren, po izdelavi konstrukcije pa so se razlikovali po lesenih in kovinskih konstrukcijah. Lesene konstrukcije so bile cenovno bolj ugodne, a so zato imele več pomanjkljivosti, ki jih kovinske konstrukcije niso imele, zato je bila kovinska izvedba konstrukcije stroja pogostejša [5].

Naslednja delitev mlatilnih strojev je bila tudi po namenu uporabe, obstajali so univerzalni in specialni mlatilni stroji. Univerzalni so bili namenjeni širši uporabi, s spremembo nastavitev na stroju se je lahko mlatilo več različnih vrst pridelka. Specialni pa so bili posebej zasnovani za mlatenje določenega pridelka [5].

Poleg tega so se mlatilni stroji delili še po velikosti in načinu uporabe. Lahko so bili nepremični, pogosto so imeli leseno konstrukcijo, poleg tega pa so morali biti pritrjeni na trdno vodoravno podlago, bili pa so tudi manjše velikosti. Premični mlatilni stroji so bili po velikosti konstrukcije primerljivi z nepremičnimi, od njih so se razlikovali predvsem po tem, da so imeli na ogrodje nameščena kolesa, za lažje premikanje. Prevozni mlatilni stroji so bili po velikosti največji, tudi zmogljivost je bila večja od nepremičnih in premičnih.

Zmogljivost teh strojev je pri večjih konstrukcijskih izvedbah višja od 1000 kg omlatenega zrnja na uro [5].

Zraven mlatilnih strojev so se kmalu pojavile tudi razne dodatne naprave za čiščenje zrnja.

Te naprave so zrnje čistile istočasno ob delovanju mlatilnega stroja. Na ta način sta se dva ločena postopka združila v enega. Najbolj pogoste priprave, ki so bile dodatno nameščene na mlatilne stroje so bile pretresalne rešetke, ki so ločevale zrnje od primesi. Bile so različnih oblik in gostote. Na sliki 2.10 so prikazane različne oblike teh rešetk, pozicije pa označujejo naslednje sestavne dele [5]:

− Pozicija 1 in 4 označujeta stremena na katerih so rešetke visele

− Pozicija 2 označuje rešetko letvaste oblike

− Pozicija 3 označuje nihalna grabila za slamo, ki jih premikajo stremena

Slika 2.10: Oblike pretresnih mrež [5]

(43)

Pri samovoznih mlatilnih strojih sta bila postopka mlatenja in čiščenja zrnja vedno združena.

Na sliki 2.11 je prikazan prerez mlatilnega stroja z dvakratnim čiščenjem zrnja. Snope so v stroj vlagali na vlagalni mizi, nato je snop padel v boben, kjer se je zrnje ločilo od klasja.

Največji deli slame so se po gibajočih se rešetkah pomikali do konca stroja, kjer so nazadnje padli na tla. Večina zrnja je takoj padla do spodnjega prestreznega dna, preostalo zrnje pa je prevzelo zgornje prestrezno dno. Zrnje se je nato dvakrat čistilo na posebnih sitih, vmes pa je bilo še odnašalo oziroma vetrnica za manjše pleve in prah [5].

Slika 2.11: Samovozni mlatilni in čistilni stroj [5]

2.4.3 Sodobne čistilne naprave

Čistilne naprave za žita, ki so v uporabi danes, še vedno uporabljajo nekatere delovne principe starejših naprav, ki so bile opisane v prejšnjem poglavju. Obstaja več vrst čistilnih naprav, od manjših izvedb za posamezno uporabo, do čistilnih naprav, ki zasedajo celotne hale.

Zrnje se še vedno ločuje z uporabo ločevalnih mrež, ki so zasnovane tako, da vsaka mreža od zrnja loči en del primesi. Najprej se opravi grobo čiščenje, kjer se od zrnja loči slama in drugi večji delci primesi. Nato sledi še fino čiščenje, kjer se izločijo zdrobljena zrnja, pesek in drugi drobni delci.

Zelo pomembne so tudi meritve vlage v zrnju pred čiščenjem. Naprave so zasnovane tako, da lahko le ob ustrezni stopnji vlage zrnja zagotavljajo visoko stopnjo čistoče zrnja.

(44)

(45)

3 Pregled trga in različnih konstrukcijskih izvedb čistilnih naprav

Preden začnemo s konstruiranjem nove čistilne naprave, moramo pregledati tržišče za že obstoječe naprave, ki opravljajo isto ali pa podobno funkcijo, kot jo bo opravljal čistilni stroj, ki ga bomo zasnovali no novo.

Kmalu po začetku raziskave trga za že obstoječe konstrukcije čistilnih naprav se je izkazalo, da je ponudbe na slovenskem trgu zelo malo. Večina vseh čistilnih naprav, ki so namenjene za posameznega uporabnika prihaja iz tujine. V nadaljevanju so predstavljene nekatere konstrukcijske izvedbe čistilnih naprav, za katere menim, da bi najbolj ustrezale potrebam moje diplomske naloge.

Čistilna naprava na sliki 3.1 za čiščenje zrnja uporablja sita, ki jih poganja elektromotor.

Prednost naprave je v obliki konstrukcije, saj je naprava majhna in ne zaseda veliko prostora, vgrajena pa ima tudi kolesa za transport. Slabost naprave je v tem, da je konstrukcija odprta, tako da med obratovanjem stroja pride do dvigovanja prahu. Ena izmed slabosti naprave je tudi namestitev zabojev, v katere pada očiščeno zrnje [8].

Slika 3.1: Čistilna naprava 1 [8]

(46)

Pregled trga in različnih konstrukcijskih izvedb čistilnih naprav

Naprava na sliki 3.2 je primerna za domačo izdelavo, a ima nekaj očitnih pomanjkljivosti.

Je delno odprte konstrukcije, nima odvoda prahu, za transport moramo imeti viličarja. Izmet očiščenega zrnja iz naprave je narejen pomanjkljivo. Poleg tega je zalogovnik za nalaganje neočiščenega zrnja na mestu, kjer je oteženo nalaganje. S strani pa so vidni tudi gibljivi deli stroja, ki niso zaščiteni z varnostnim pokrovom, zato je ena izmed pomanjkljivosti tega stroja tudi večja nevarnost pri delu.

Čistilna naprava prikazana na sliki 3.3 znamke Alistan zrnje ločuje s pomočjo mreže in zračnega toka. Na ohišje mreže je vgrajen manjši elektromotor. Na elektromotorju je na gred vpet vztrajnik, ki med obratovanjem s svojim vztrajnostnim momentom skrbi, da mreže krožijo okrog osi vrtenja elektromotorja. Zrnje pa se ob padcu skozi mreže loči še z zračnim tokom. Prednosti tega čistilnega stroja so očitne, saj ima lahko zaprto konstrukcijo, ki preprečuje dvigovanje prahu med obratovanjem in možnost polnjenja vreč z očiščenim semenom pri obratovanju stroja. Slabost te konstrukcije je, da nima koles za transport in izmet za prah je postavljen dokaj visoko glede na druge dele konstrukcije.

(47)

Na sliki 3.4 je prikazan univerzalni čistilni stroj podjetja Mlinostroj. Zaradi svoje specifične zasnove je namenjen za fino čiščenje žitaric z vlago do 15 % in za grobo čiščenje do vsebnosti vlage 35 %. Uporablja se tudi za kontrolno sejanje praškastih in finozrnatih materialov. Za različne vrste materiala se morajo ustrezno prilagoditi mreže na situ. Pred čistilec in fini čistilec sta glavna sklopa finega čistilca in opravljata kombinacijo grobega in finega čiščenja. Ob vstopu materiala v čistilni stroj razdelilni sistem poskrbi za enakomerno porazdelitev materiala po celotni širini mrež. Zrnje se enakomerno porazdeli na mreže za grobo čiščenje s pomočjo kaskadnega sistema. Te mreže izločijo večji odpad, kot je npr.

slama. Nato material pade na fino sito, kjer se izločijo še pesek, zdrobljeno zrnje itd. Prah se izloči na aspiracijski komori na vstopu v čistilni stroj in pred izhodom na izhodni komori.

Nečistoče čistilni stroj zapustijo prek polžnih transporterjev in prek kanalov za odpadek. Po končanem čiščenju dobimo očiščeno zrnje, grobi in fini prah, ter grobi in fini odpad [11].

(48)

(49)

4 Konstruiranje nove čistilne naprave

Kot je bilo omenjeno že v prejšnjem poglavju, je na tržišču na voljo več vrst čistilnih naprav, vsaka pa ima svoje prednosti in slabosti. Pri konstruiranju svoje čistilne naprave sem se zato odločil, da bom uporabil že preizkušene načine čiščenja semen, s poudarkom na tem, da bo čistilna naprava v prvi vrsti namenjena čiščenju travnih semen, ob pravilnih nastavitvah, pa bo zadostovala tudi pogojem za čiščenje žita.

4.1 Osnove konstruiranja nove naprave

Konstruiranje nove naprave ali izdelava načrta za neko tehnično stvaritev je zahteven in zapleten proces, zato moramo slediti določenim smernicam in sam postopek razdeliti na več faz reševanja. Na ta način se postopek reševanja posameznih problemov pri procesu konstruiranja nove naprave zelo poenostavi. Poveča se tudi preglednost posameznih faz konstruiranja. Pri izdelavi nove čistilne naprave sem se ravnal po smernicah VDI-R 2221. S pomočjo teh metodičnih korakov konstruiranja sem lahko natančno definiral svojo nalogo, naredil osnutke možnih rešitev, na koncu pa sem napravo tudi zasnoval in izdelal tehniško dokumentacijo.

Konstrukcijski načrti so pomembni tudi za čisto nove izdelke, za take, ki si jih moramo zasnovati na novo. Zato je konstruiranje miselni proces, ko v konstruktorjevi glavi nastane najprej zamisel rešitve določenega tehničnega problema, ki jo konstruktor pojasni z risbo ali s skico, veliko teže pa z besednim opisom. Prva skica pomeni zasnovo rešitve, iz katere se lahko razvijejo in se z večkratnimi izboljšavami izdelajo delavniški načrti, utemeljeni s preračuni, tehničnimi opisi itn. Tako izpopolnjene in opremljene načrte imenujemo s skupnim imenom tehnična dokumentacija. Konstruktor pogosto predstavi tehnično rešitev s prostoročno skico, ki je običajen način sporazumevanja med tehniki. Z risbo samo, če je dopolnjena še s kakim besedilom, najlažje sogovorniku predstavimo svojo zamisel o nekem predmetu, prikažemo, kako naprava ali stroj delujeta in kakšen je njun videz. Seveda mora sogovornik znati risbo brati, se pravi, mora poznati tehnični jezik [12].

(50)

Konstruiranje nove čistilne naprave

Pri reševanju poljubnega problema, rešujemo številne vzporedne naloge. Napravo je treba iz več posameznih strojnih delov sestaviti in združiti v neko funkcionalno celoto. Vsi strojni deli naprave morajo biti pravilno oblikovani in pravilno dimenzionirani. Za lažjo predstavo, kako poteka celoten proces konstruiranja, je na sliki 4.1 prikazan proces konstruiranja po VDI-R 2221 [12].

Slika 4.1: Prikaz konstrukcijskega procesa po VDI-R 2221 [12]

(51)

4.2 Opis problema

Pridelava semen mnogocvetne ljuljke običajno poteka pri drugi regeneraciji rastline. V času prvega odkosa rastline so vremenske razmere pogosto neprimerne za vzrejo rastline z namenom, da bo rastlina dozorela do te mere, da bomo od nje pridobili semena. Zato se pri drugem odkosu rastline običajno pusti določeno njivsko površino rastline rasti naprej, dokler ne dozorijo. Pri dobrih vremenskih razmerah rastlina dozori v približno 10 tednih. Zadnjih 14 dni zorenja rastline je še posebej pomembnih in je treba večkrat preveriti stanje rastline, saj lahko pride do prevelikega otresanja semen. Žetev rastline se lahko opravi že kakšen teden pred polno dozoritvijo rastline, vendar moramo seme potem posušiti.

Žetev mnogocvetne ljuljke opravimo z žetvenikom. Pri žetvi mora biti strojnik še posebej pazljiv, saj lahko hitro pride do izgube pridelka, saj ima seme ljuljke zelo majhno maso na enoto volumna. Zato je nujno, da se pred žetvijo kombajn nastavi pravilno. Tu pa tudi pridemo do teme diplomske naloge. Ker je kombajn v prvi vrsti zasnovan za žetev žita, kjer imajo semena precej večjo maso na enoto volumna, pride pri žetvi mnogocvetne ljuljke do večje količine primesi, ki je zmešana skupaj s semeni, saj kombajn pri danih nastavitvah ne zmore očistiti in odnesti vseh primesi, ker imajo primesi zelo podobno maso na enoto volumna kot semena ljuljke. Na slikah so prikazani še eksperimenti, kjer je prikazano, da imajo semena ljuljke manjšo maso od ječmena in pšenice.

Po končani žetvi je treba seme zadostno posušiti, preden je primerno za odstranjevanje primesi. Odkar se doma ukvarjamo s pridelavo semen mnogocvetne ljuljke, smo semena poskušali očistiti že na več načinov. Prva ideja je bila, da bi že s kombajnom poskušali doseči zadovoljivo stopnjo čistoče semen. Vendar je že zaradi same konstrukcijske izvedbe kombajna prišlo do prevelikega izpada pridelka. Namreč, če hočemo, da kombajn že ob žetvi doseže zadostno stopnjo čistoče zrn, lahko pričakujemo tudi do 75 % izgubo pridelka. Druga ideja je bila, da bi seme po žetvi poskušali očistiti s staro mlatilnico za žito. Rezultati so bili boljši kot v prvem primeru, vendar še vedno nezadovoljivi. Izkazalo se je, da je vetrnica v mlatilnici, ki je namenjena odnašanju plev, s svojim delovanjem poleg plev odnašala tudi velik del semen ljuljke. Zato tudi ob trikratnem čiščenju iste količine semen nismo prišli do želenih rezultatov. Za najboljšo se je izkazala zadnja ideja, kjer smo se ločevanja primesi od semen lotili ročno, s sitom. Vendar pa je ta metoda naporna in zahteva dva delavca. Eden mora s sitom pretresati semena z nečistočami in čistiti sito, medtem ko drugi delavec na sito dosipa neočiščeno seme in polni vreče z očiščenim semenom, ki gre potem lahko neposredno v sejalnico. Vendar pa ta metoda čiščenja ni učinkovita, saj je zmogljivost zelo nizka. V najboljšem primeru je zmogljivost čiščenja semen na ta način približno 60–70 kg na uro.

Poleg tega sta oba delavca ves čas izpostavljena prahu, ki nastaja med tresenjem sita. Zato je delo tudi dokaj neprijetno.

Zato sem se tudi odločil, da bom z uporabo že pridobljenega znanja s področja te tematike poskušal skonstruirati novo čistilno napravo, ki bo imela zmogljivost čiščenja semen vsaj 400 kg/h. Glavna funkcija nove naprave je učinkovito čiščenje semen ljuljke, naprava bo morala biti prilagodljiva tudi za druge vrste čiščenja semen, kot so pšenica, ječmen in tritikala, saj poleg mnogocvetne ljuljke doma na kmetiji pridelujemo tudi ta žita. Glede na to, da obstaja več konstrukcijskih izvedb čistilnih naprav, ki so zasnovane na različnih načinih čiščenja semen, bom za svojo čistilno napravo poskušal najti način, kako poleg gravitacijskega ločevanja primesi in semen uporabiti še zračni tok, ki bo na koncu pomagal ločiti semena boljše kakovosti od slabših. Poleg tega mora biti poskrbljeno varno delovno

(52)

okolje za upravljavca naprave, konstrukcija naprave mora biti ustrezno zaprta, da ne bo prihajalo do prekomernega dviganja prahu. Konstrukcija naprave pa mora hkrati tudi zagotavljati enostavno čiščenje po končanem delu in lahek dostop do sestavnih komponent ob okvari naprave.

4.3 Zahteve in specifikacije konstrukcije

Z določitvijo zahtev in specifikacij konstrukcije hočemo zajeti čim več funkcij, ki jih bo končna konstrukcija izdelka tudi vsebovala. Specifikacije konstrukcije se delijo na zahteve in želje. Paziti moramo, da vse specifikacije čim bolj smiselno razdelimo, tako da imamo boljšo možnost izdelave dobrega končnega izdelka. Z zahtevami zajamemo vse osnovne specifikacije, ki jih je nujno treba upoštevati, da bo naprava na koncu pravilno delovala.

Tiste specifikacije, ki spadajo med želje, pa še dodatno dvignejo vrednost končnemu izdelku, vendar pa delovanje naprave ob neupoštevanju želja ni onemogočeno. V preglednici 4.1 smo zapisali zahteve in specifikacije za našo konstrukcijo čistilnega stroja.

Preglednica 4.1: Specifikacije konstrukcije novega izdelka

Specifikacije konstrukcije izdelka zahteva želja Funkcija

Ločevanje primesi in semen x

Shranjevanje očiščenega semena v zalogovnik ali vreče x Konstrukcija naprave

Lahka konstrukcija x

Zaprta konstrukcija naprave x

Merilnik vlage semen x

Mobilnost naprave x

Pogon na elektromotor x

Nizko težišče x

Dodatna stabilnost naprave med obratovanjem x

Dodaten zalogovnik za primesi x

Tehtnica pri izhodu očiščenega semena x

Tehnični proces

Ločevanje primesi in semen s pretresavanjem x

Ločevanje semen po kakovosti s pomočjo zračnega toka x

Gravitacijsko ločevanje primesi in semen x

Lastnosti

Merilnik vlage semen x

Enostaven dostop za vzdrževanje x

Enostavno čiščenje naprave x

Frekvenčnik elektromotorja za nastavljanje hitrosti pretresanja semen

x Frekvenčnik elektromotorja za nastavljanje hitrosti

zračnega toka

x

(53)

4.4 Tehnološki proces

S tehnološkim procesom abstraktno opišemo tehnični problem, ki poteka med znanimi robnimi pogoji. Običajno ga najlažje prikažemo z blokovnim diagramom. Zelo dobro moramo biti seznanjeni z glavno nalogo oz. funkcijo, ki naj bi jo opravljala nova naprava, zato da lahko izberemo čim boljše geslo, ki opiše glavno funkcijo tehničnega problema. To geslo bo v blokovnem diagramu služilo pretvorbi med vhodnimi in izhodnimi robnimi pogoji.

V mojem primeru sem si za glavno funkcijo oz. za tehnični problem izbral ločevanje semen travinja od primesi, saj to geslo po mojem mnenju najbolj točno opiše glavno nalogo naprave. Blokovni diagram je tudi prikazan na sliki 4.2.

Slika 4.2: Tehnološki proces

Opravljeno delo tehnološkega procesa v mojem primeru predstavljata očiščeno seme travinja in druge primesi, ki jih je naprava ločila od semen. Proces je definiran med jasnimi mejami sistema oz. med robnimi pogoji, ki predstavljajo na eni strani vhod zmesi semen travinja in primesi v napravo, na izhodu iz naprave pa dobimo očiščeno seme travinja na enem koncu, druge primesi pa iz naprave izstopijo ločeno na drugem koncu.

Energija, ki jo vnašamo v tehnološki proces, je električna energija, ki poganja elektromotor.

Elektromotor je prek odmične gredi in paličja povezan na mreže, ki bodo opravljale translatorno gibanje v dve smeri. S tem gibanjem mrež bomo ločevali seme od drugih primesi. Preden bomo dokončno ločili seme, bo preostanek energije porabljen še za pogon drugega elektromotorja, ki bo poganjal vetrnico in s tem seme ločeval po kakovosti.

(54)

Material, ki vstopa v tehnološki proces, je zmes semen travinja in primesi. Ta material bo treba v čistilno napravo vnesti s pomočjo zalogovnika. Na ta način bo poskrbljeno, da bomo v čistilno napravo vnašali pravilno in konstantno količino zmesi semen in drugih primesi.

Informacije, ki so potrebne, da bo tehnološki proces čistilne naprave deloval pravilno, so znanje in delovne izkušnje upravljavca. Od tega je odvisno, da na ločevalni mehanizem naprave vnaša zadostno, a ne preveliko količino materiala. Zelo pomembno je tudi to, da ima pravilne podatke o stopnji vlage v materialu, saj se s tem zagotovi pravilno delovanje glavne naloge naprave, prav tako pa se tudi prepreči zamašitev naprave. Informacije, ki jih vnašamo v tehnološki proces, zato lahko združimo v krmiljenje naprave, saj je prehod informacij konstanten in neposreden.

4.5 Funkcijska struktura

Pri izdelavi funkcijske strukture naše naprave se zgledujemo po tehnološkem procesu.

Glavna funkcija v tehnološkem procesu je predstavljena abstraktno, da pa preidemo iz abstraktnega opisa glavne funkcije naše naprave, to glavno funkcijo razčlenimo na več delnih funkcij. Pri razčlenjevanju se držimo vrstnega reda, kot poteka naš tehnološki proces.

Vse delne funkcije so samostojne in zahtevajo, da jih obravnavamo kot posamezne naloge.

Tiste delne funkcije, ki jih ne moremo več deliti naprej, imenujemo elementarne funkcije.

Pri deljenju funkcij se poskusimo držati tega, da celotno strukturo naredimo čim bolj enostavno, saj se običajno izkaže, da le-te dajo najbolj cenovno in konstrukcijsko ugodne rešitve [12].

Slika 4.3: Funkcijska struktura

Funkcijska struktura nam podrobneje predstavi tehnološki proces, ki ga bo opravljala naša naprava. Kot je razvidno na sliki 4.3, je funkcijska struktura sestavljena iz več tehnoloških faz, ki jih moramo opraviti med celotnim tehnološkim procesom. V naši funkcijski strukturi imamo tri glavne faze ločevanja semen in primesi, v funkcijsko strukturo pa je vključen tudi upravljavec, ki dopolnjuje tehnološki proces, da naprava deluje pravilno. Napravo lahko avtomatiziramo le do neke mere, zato mora upravljavec nadzirati napravo med obratovanjem

(55)

in po potrebi vplivati na tehnološki proces v posameznih fazah delovanja, ki so v funkcijski strukturi.

4.6 Morfološka matrika

Morfološka matrika je urejen zapis povezave med funkcijo in delovnim principom. Za opravljanje ene funkcije lahko uporabimo več že obstoječih delovnih principov. Na ta način si povečamo možnost izbire najboljših delovnih principov za posamezne funkcije. Pri večjem številu delovnih principov za posamezno funkcijo se lažje odločimo za najbolj ustrezno, prav tako pa zagotovimo boljše konstrukcijske rešitve za napravo. Če izdelamo dobro morfološko matriko, nas to lahko vodi tudi do odkritij novih rešitev, za katere prej nismo vedeli. V preglednici 4.2 je predstavljena morfološka matrika, s katero bomo skušali poiskati pravilne smernice za izdelavo koncepta možne rešitve problema.

Preglednica 4.2: Morfološka matrika

FUNKCIJA DELOVNI PRINCIPI

1. Pogon naprave Elektromotor (1)

Motor z notranjim izgorevanjem

(2)

Hidravlični motor (3)

2. Prenos energije s pogona naprave na

ločevalni mehanizem

Verižni prenos (1)

Jermenski prenos (2)

Kardanski prenos (3)

Zobniški prenos (4)

Ročični mehanizem

(5)

3. Polnjenje

zalogovnika Tekoči trak

(1) Puhalnik (2) Ročno (3)

4. Ločevanje zrnja in primesi

Grobo ločevanje (a)

Izpihovanje z ventilatorjem

(1)

Tresenje čistilnih mrež

(2)

Ločevanje z vrtljivimi čistilnimi mrežami (3)

Ločevanje z grabljami

(4)

Fino ločevanje (b) Izpihovanje z ventilatorjem

(1)

(2)

Ločevanje z grabljami

(4)

Ločevanje po kakovosti (c)

Izpihovanje z ventilatorjem

(1)

(2)

(56)

FUNKCIJA DELOVNI PRINCIPI

5. Vklop in izklop naprave

Stikalo za vklop in

izklop elektromotorja

(1)

Hidravlični potni ventil (2)

Vklop in izklop kardanske

gredi (3)

6. Nastavitev

delovne hitrosti Frekvenčni

regulator (1) Dušilni ventil

(2) Menjalnik (3)

Menjava prestavnih razmerij z zamenjavo

jermenic (4) 7. Način pakiranja

očiščenega zrnja Pakiranje v

vreče (1) Pakiranje v

zabojnik (2) Brez pakiranja

(3) Tekoči trak (4)

8. Način izmeta

primesi Zalogovnik

(1) Vreča (2) Izmet na

prosto zunaj naprave (3) 9. Izmet očiščenega

zrnja Tekoči trak

(1)

Brez (gravitacija)

(2)

Polžasti transporter (3)

4.7 Koncepti možnih rešitev

Po končani morfološki matriki se lahko lotimo izdelave konceptov, ki bodo predstavljali možne rešitve za naš tehnološki proces. Posamezen koncept je sestavljen iz vseh funkcij, ki smo jih zapisali v funkcijski matriki. V morfološki matriki pa izberemo najbolj ustrezne delovne principe za opravljanje funkcij. Vsak koncept se zato najbolj razlikuje po izbiri delovnih principov iz morfološke matrike. V nadaljevanju sta predstavljena dva koncepta, ki sem ju sestavil pri izdelavi diplomske naloge.