Материал: Проектирование и расчет тестомесильной машины

- кронштейн; 2 - шкив; 3 - штурвал; 4 - плита; 5 - корпус; 6 - электродвигатель; 7 и 14 - червяки; 8 - червячное колесо; 9 - прижимной рычаг; 10 - подшипник; 11 - месильный рычаг; 12 - месильный орган; 13 - колпак; 15 - запорная планка; 16 - лопасть; 17 - ножной рычаг; 18 - упорный уголок.

Рисунок 1.5 - тестомесильная машина «Стандарт».

Чугунный корпус 5 машины прикрепляется к фундаментной плите 4. В нем установлен электродвигатель 6 привода, который может передвигаться по салазкам,- осуществляя натяжение клиноременной передачи Приводная головка установлена на корпусе машины и прикреплена к нему болтами.

Месильный орган, представляет собой стальной рычаг, изогнутый под углом 118 °. На конце рычага укреплена лопасть, конфигурация которой соответствует профилю дежи. Под чаном дежи укреплена червячная шестерня, входящая в зацепление с червячным колесом станины машины.

Движение от электродвигателя передается через клиноременную передачу шкиву 2 с диском, который выполняет роль половины фрикционной муфты. Вторая половина муфты насажена на вал червяка 7. Муфта включается при опускании колплака 13 над дежой на время замеса теста. От шкива 2 движение сообщается через червяк 7 и червячное колесо 8 месильному органу 12. Одновременно с вала червяка 7 при помощи клиноременной передачи сообщается вращение червяку 14, входящему в зацепление с червячной шестерней, прикрепленной к деже.

.5 Патентная проработка проекта

Описание изобретения к авторскому свидетельству SU 1253560 А1

Тестомесильная машина, содержащая дозатор муки, корытообразную емкость и размещенный в ней вдоль оси центральный вал с лопатками, отличающаяся тем, что с целью интенсификации замеса теста и повышения производительности, в корытообразной емкости параллельно центральному валу и на равных расстояниях от его оси размещены с возможностью планетарного движения вокруг последней дополнительные три вала, на которых также установлены лопатки.

Изобретение относится к хлебопекарной промышленности, в частности к тестомесильным машинам непрерывного действия.

Цель изобретения - интенсификация замеса теста и повышение производительности.

Выполнение рабочего органа в виде валов с лопатками, установленных с возможностью планетарного движения позволит интенсифицировать процессы смешивания компонентов, набухания клейковины и обминки за счет создания в массе турбулентных потоков.

Интенсификация замеса ведет к сокращению его длительности, то есть повышению производительности.

2 Описание разработанного объекта

Тестомесильная машина состоит из дозатора муки, корытообразной емкости, центрального вала с лопатками, дополнительных валов с лопатками. На дополнительных валах закреплены шестерни, находящиеся в зацеплении с шестерней, которая закреплена на центральном валу.

Тестомесильная машина имеет загрузочную воронку, выпускное отверстие и привод. Между шестернями и корытообразной емкостью машина имеет круглую перегородку, которая с одной стороны представляет собой водило, жестко насаженное на центральный вал и прокладку для предотвращения попадания теста в приводной механизм. Лопатки на валах закреплены по винтовой линии.

Тестомесильная машина работает следующим образом: мука и жидкие компоненты дозируются непрерывно через загрузочную воронку в корытообразную емкость, в которой полученная тестовая масса непрерывно перемещается и перемешивается и перемещается вдоль нее лопатками при вращении валов.

Привод передает движение от двигателя на центральный вал, с помощью которого вращаются шестерни. При вращении центрального вала дополнительные валы вращаются как вокруг центрального вала, так и вокруг собственной оси, то есть совершают планетарное движение, что гарантирует высококачественный интенсивный замес теста. Перегородка вращается вместе с дополнительными валами.

После интенсивного замеса тестовая масса выходит из выпускного отверстия, создавая при этом достаточное давление для движения тестовой массы по трубопроводу на дальнейшую обработку.

Повышение производительности обеспечивается тем, что при планетарном движении рабочих органов сокращается процесс смешивания компонентов.

3 Расчёты, подтверждающие работоспособность разработанного проекта

.1 Расчет мощности, необходимой для привода

Изучение всего процесса замеса в тестомесильной машине непрерывного действия и совокупности причин, влияющих на замес, показало, что потребная мощность для замеса опары - величина переменная: минимальная в начальной стадии, при смешивании ингредиентов, она постепенно возрастает, достигая максимальной величины к концу процесса.

Составим баланс мощности на один цикл месильной лопасти для упрощения расчета [9].

N = N1 + N2 + N3 + N4, (3.1)

где N - потребная мощность для замеса опары, кВт;

N1 - мощность привода, затрачиваемая на перемешивание массы, кВт;

N2 - мощность привода, затрачиваемая на перемешивание лопастей машины, кВт;

N3 - мощность привода, затрачиваемая на нагрев опары и соприкасающихся с ней металлических частей машины, кВт;

N4 - мощность привода, затрачиваемая на изменение структуры опары, кВт.

Определение мощности привода, затрачиваемой на перемешивание массы опары.

Представим упрощенную модель тестомесильной машины, состоящую из емкости, в которой вращается вал с закрепленной на нем лопаткой с прямоугольной лопастью.

При вращении рабочего вала, на погруженные в опару месильные лопасти действуют силы сопротивления со стороны опары. Эти силы действуют как вдоль самой оси - в осевом направлении, так и перпендикулярно ей - в радиальном направлении. При этом можно считать, что равнодействующие этих сил сопротивления находятся на расстоянии 1/3 от конца лопасти.

Рисунок 3.1 - Схема расчетная для определения сил сопротивления, действующих на лопасть

Осевая составляющая равнодействующей сил сопротивления определяется по формуле [15]

Ро = F[r×ρo×tg² (45° + φ/2) + 2C×tg ( 45˚+φ/2)]×(sinα - μ cosα), (3.2)

где F = 0,006 м²;- площадь лопасти, погруженной в опару, м²;

r - радиус до точки приложения равнодействующей сил сопротивления, м;

φ = 45 0- угол внутреннего трения опары, град;

С = 5000 Па - удельное сцепление опары с материалом лопасти, Па;

α = 30 0- угол наклона лопасти к оси вращения, град;

μ = 1 - коэффициент трения опары о лопасть;

ρо = 1080 кг/м³ - плотность опары, кг/м³.

Радиус до точки приложения равнодействующей сил сопротивления определяется из соотношения:

r = R1 + 2/3b, (3.3)

где R1 = 0,1 м - расстояние от оси вала до лопасти, м;

b = 0,63 м - высота лопасти, м,

r = 0,1 = 2/3×0,63 = 0,52 м.

Тогда по формуле (3.2) имеем:

Pо = 0,006×[0,52×1080×tg²(45 + 45/2) + 2×5000×tg(45 + 45/2)]×(sin30° -

1×cos30°) = 165,5(0,5 + 0,9) = -66,2 Н.

Радиальная составляющая равнодействующей сил сопротивления, вычисляется по формуле:

Pp = F[r×ρo×tg² (45 + φ/2) + 2c×tg(45 + φ/2)]×(cosα + μ sinα), (3.4)

Pp = 165,5(0,9 + 1×0,5) = 231,7 Н.

Необходимая мощность на перемешивании опары может быть определена следующим образом:

N1 = ∑ [(PoVo + PpVp)×K]/(1000×η) , (3.5)

Vo = Vp×cosα × sinα, (3.6)

где Vp - окружная скорость движения точки преломления равнодействующей сил сопротивления, действующих на лопасть, м/с,

Vp = r²×n/30, (3.7)

n = 56,3 мин-1 - число оборотов месильной лопасти в минуту, мин-1;

К = 11 - число лопастей на одном валу машины;

η = 0,85 - коэффициент полезного действия привода.

Vp = (0,52)²×56,3/30 = 0,5 м/с,

Vo = 0,5cos30° sin30° = 0,2 м/с.

Тогда по формуле (3.5) мощность привода, затрачиваемая на перемешивание опары будет равна:

N1 = ∑ (-66,2×0,2 + 231,7×0,5)×11/(1000×0,85) = 1,3 кВт.

Расчет мощности привода, затрачиваемой на перемещение лопастей машины и нагрев опары и соприкасающихся с ней металлических частей машины [9].

Работа, расходуемая на вращение месильных лопаток, может быть определена следующим образом:

A2 = (2/3)K×b×σ×ρo×π²n²(R2³ - R1³) , (3.8)

где σ = 0,01 м - толщина лопасти лопатки, м;

R2 = 0,16 м - радиус вращения лопасти, м.

А2 = (2/3)×11×0,063×0,01×1080×3,14²×56,3²(0,16³ - 0,1³) = 482,8 Дж/об.

Работа, расходуемая на нагрев опары и металлоконструкций тестомесильной машины за один оборот одной месильной лопасти:

А3 = (t1 - t2)/[n×τ (mm×cm + mж×сж), (3.9)

где t1 = 30 0С - температура массы в конце замеса, ˚С;

t2 = 25 0С - температура массы в начале смешивания, ˚С;

mm - масса опары, находящаяся в месильной емкости, кг;

сm = 2500 Дж/(кг×К) - средняя теплоемкость опары, при температуре 30 ºС, Дж/(кг×К);

mж = 100 кг - масса металлоконструкций машины, прогревающиеся при замесе, кг;

сж = 500 Дж/(кг×К) - средняя теплоемкость нержавеющей стали Дж/(кг×К);

t = 0,5 с - длительность замеса, с.

Определим массу опары, находящейся в месильной емкости. Общий объем месильного корыта Vк = 0,27 м³. Принимаем полезный объем корыта, равный Vn = 0,8Vк, Vр = 0,22 м³.

При плотности опары ρо = 1080 кг/м³ масса опары составит mm = 235 кг.

Тогда работа на нагрев, определяемая:

А3 = (30 - 20)/(56,3×1800)(235×2500 - 100×500) = 26,5 Дж/об.

Определим расход энергии за один цикл месильного органа на 1 кг опары по составляющим А2 и А3

Аn(2,3) = τ3n/∑A2,3mm (3.10)

Аn(2,3) = 1800×56,3/(482,8 + 26,5)×235 = 0,85 Дж/кг.

По величине расхода энергии рассчитываем мощность привода на перемещение лопастей машины и нагрев опары:

N2,3 = A(2,3)/η. (3.11)

N2,3 = 0,85/0,85 = 1 кВт.

Расчет мощности привода, затрачиваемой на изменение структуры опары

Поскольку структурные изменения в массе опары зависят от интенсивности замеса и пропорциональны работе перемешивания, то примем мощность, затрачиваемую на изменение структуры равной 0,1N1. Эта величина составит N4 = 0,13 кВт.

Тогда по формуле (3.1) определяем общую мощность, необходимую для привода тестомесильной машины.

N = 1,3 + 1,0 + 0,13 = 2,43 кВт.

Фактически на заводской машине установлен двигатель мощностью 4 кВт. Такой запас мощности установлен потому, что в конструкции машины И8-ХТА-12/1 имеется второй вал.

.2 Расчет производительности [16]

Производительность тестомесильной машины непрерывного действия марки И8-ХТА-12/1, может быть определена по следующей формуле:

П = φ×ρо(π×D²)/(4×60)Sn, (3.12)

где φ = 0,2 - коэффициент подачи, зависимый от конструкции лопаток и их расположения на валу;

ρо = 0,32 м - наружный диаметр лопаток, м;

S = 0,155 м - шаг лопаток, м;

n = 56,3 мин-1 - число оборотов лопаток, мин-1.

Тогда имеем:

П = 0,2×1080(3,14×0,32²)/(4×60×0,115×56,3) = 18,7 кг/мин.

Часовая производительность тестомесильной машины составит Пч = 1122 кг/ч.

3.3 Расчет сальникового узла [17]

Определение основных геометрических параметров для конструирования сальникового узла осуществляется на основании данных практики эксплуатации с учетом факторов, оказывающих влияние на работу движущихся частей.

Сменным элементом в конструкции сальникового узла является сальниковое кольцо из тонкошерстного войлока ГОСТ 288-72*.

Ширина сальникового кольца определяется из условия

Sk = 2,1, (3.13)

где d = 50 мм - диаметр тестомесильного вала, мм,

Sk = 2,1 = 15 мм.

Тогда внутренний диаметр корпуса сальникового узла будет равен:

Двн.корп.с.у. = d+2×Sk, (3.14)

Двн.корп.с.у. = 50+2×15 = 80 мм.

Первоначальная толщина сальникового кольца выбирается по ГОСТ 288-72* исходя из Двн.корп.с.у = 80 мм, ho = 20мм. Толщина кольца в рабочем состоянии определяется так:

h = Ky×ho, (3.15)

где Ky = 0,9 - коэффициент усадки,

h = 0,9×20 = 18 мм.

Глубина расточки корпуса сальникового узла с учетом обеспечения направления нажимной втулки (грундбуксы)

Hk = h +Sk, (3.16)

Hk = 18 + 15= 33 мм.

Высота грундбуксы выбирается из параметрического ряда исходя из особенностей конструирования hр = 45 мм.

Посадочный диаметр грундбуксы определяется :

Dr = d + 2Sk, (3.17)

Диаметр резьбы крышки гайки определяется по формуле:

dр = , (3.18)

где Pr = 0,8×106 Па - давление герметизации, Па;

[ σ ] = 0,1×106 Па - допустимое напряжение, Па

dp =  = 100 мм.

Для обеспечения герметичности сальникового узла усилие затяга, с которым крышка-гайка должна действовать на грундбуксу, должно составлять:

F3 = [π(D² - d²)Pr/4], (3.19)

где k = 0,6 - коэффициент бокового давления;

f = 0,014 - коэффициент статического трения сальникового кольца о вал и корпус;

е - основание натурального логарифма,

F3 = [3,14(0,08² - 0,05²)0,8×106 /4]×е2×0,6×0,014/0,015 =751 Н.

Сила трения между сальниковым кольцом и вращающимся валом:

Fтр = [(πd×fкин×Pr×Sk)/(2kf)]( -1), (3.20)

где fкин = 0,02 - коэффициент кинематического трения между сальниковым кольцом и валом.

Fтр = [(3,14×0,05×0,02×0,8×105×0,015)/(2*0,014*0,6)](е2×0,6×0,014×0,018/0,015 -1) = 4,6 Н.

Момент трения в сальниковом уплотнении определяется по формуле:

Мтр = Fтрd/2, (3.21)

Мтр = 4,6×0,05/2 = 0,12 Н×м.

Мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения в сальниковом узле :

Nc = Mтр×ω (3.22)

где ω - угловая частота вращения месильного вала, рад/с,

ω = πn/30, (3.23)

ω = 3,14×56,3/30 = 5,9 рад/с.

Тогда по формуле (3.22) мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения в сальниковом узле, составит:

Nс = 0,12×5,9 = 0,7 Вт.

Детальное изображение сальникового узла изображено в графической части проекта.

3.4 Применение ЭВМ и САПР

В настоящее время развитие науки и техники позволяет облегчить расчет оборудования и его основных узлов и деталей с помощью электронно-вычислительных машин (ЭВМ).

В связи с этим в данном курсовом проекте представлен расчет шпонки на ЭВМ. Для его осуществления необходимо рассчитать значение входных параметров, которые необходимо загрузить в программу ЭВМ.

Для инженерных расчетов используются пакеты прикладных программ, одной из которых является система АРМ Win Machine, Win Joint/

Общая схема проектирования и расчета включает следующие шаги:

·          задание геометрии детали;

·        размещение действующих нагрузок;

·        ввод исходных данных;

·        выполнение проектного расчета;

·        просмотр результатов расчета.

Результаты расчета приведены в Приложении В.

В результате проведенного проверочного расчета шпонки мы убедились в ее работоспособности, так как условие прочности выполняется с необходимым запасом [Приложение Б].

4 Сведения о монтаже, эксплуатации и ремонте оборудования

.1 Порядок и сроки проведения ппр и наладки оборудования

1. Для поддержания и восстановления работоспособности оборудования осуществляется его профилактическое обслуживание, заключающееся в систематическом уходе, чистке, смазке, регулировке и ремонте с восстановлением и заменой изношенных деталей.

2. Система ППР осуществляется по плану через установленные периоды.

3. Задачи ППР следующие:

·   обеспечение уровня качества продукции;

·   продолжительное поддержание оборудования в рабочем состоянии;

·   рациональная организация ремонта при минимальном простое оборудования во время ремонта;

·   усовершенствование организации и методов ремонта.