Анализ конструкции и принцип действия аналога

  Содержание

Введение…………………………………………………………………………...4

I Анализ конструкции и принцип действия аналога……………………………5

II Результаты патентного поиска по направлению модернизации……...……10

III Расчет машины……………………………………………………………….14

IV Применение принципов технической эстетики……………………………18

Список использованной литературы…………………………………………...23

Введение

    Зерно, поступающее на просозавод, подвергается пневмосепарированию в зерноочистительном отделении, где из него удаляют примеси: зерна других культурных растений, семена сорняков, недоразвитые и щуплые зерна перерабатываемой культуры и т.д. В шелушильном цехе основной задачей пневмосепарирования является отделение не усваиваемых организмом человека оболочек от ядра.

    На  примере принципиальных схем технологического процесса переработки зерна крупяных культур в крупу, приведенных в "Правилах организации и ведения технологического процесса на крупяных предприятиях", можно видеть, какое большое значение имеют операции по воздушному сепарированию перерабатываемых продуктов. Так, например, в технологических схемах из всего количества машин шелушильного отделения просозаводов 65-80% составляют сепарирующие машины, из них 75% воздушные сепараторы.

    Правилами «предусмотрено обязательное двухкратное провеивание продукта после первого шелушения» попавшая на последующее шелушение лузга и мучка затрудняют процесс дальнейшего шелушения, снижают его эффективность, ухудшают качество готовой продукции. При провеивании продуктов шелушения зерна крупяных культур стремятся к максимальному отделению лузги и частично - дробленки. Невысокий технологический эффект работы существующих воздушных сепараторов заставляет после каждой шелушильной системы пропускать через них продукт не только дважды, но иногда и трижды.

    Вследствие  высокого содержания полноценного ядра в относах воздушных сепараторов перегружаются машины, контролирующие эти относы (бураты, аспирационные колонки), что, в конечном итоге, сказывается на эффективности работы этих машин и повышает потери вместе с лузгой полноценного продукта.

    За  последние десятилетия, как в нашей стране, так и за рубежом, на основании повышения технических требований и в результате научных исследований технологических процессов рабочие органы оборудования предприятий по хранению и переработке зерна все более совершенствовались, в результате чего было создано много эффективных и высокопроизводительных машин. Проведено довольно много исследований и в области пневмосепарирования. Однако усовершенствование пневмосепарирующих органов сито-воздушных и воздушных сепараторов отстает от общего уровня развития других рабочих органов технологических машин.

    В производственной практике на крупозаводах до настоящего времени применяются воздушные сепараторы, которые созданы без достаточного учета результатов современных экспериментальных и теоретических исследований в области пневмосепарирования. Кроме того, опубликованные работы в области пневмосепарирования применительно к зерновым культурам касались, в основном, зерна пшеницы. В технической литературе отсутствуют работы по усовершенствованию процесса пневмосепарирования продуктов шелушения зерна крупяных культур.

    Сказанное выше доказывает необходимость проведения широких исследований в области  пневмосепарирования продуктов  крупяного производства, модернизации существующих воздушных сепараторов  для крупозаводов и создания новых.

I.Анализ конструкции и принципа действия аналога (модернизируемой машины). 

     Задачей, которую мы ставим в этом проекте  является отделение фракций семян  сорных растений, щуплого зерна от целого.

     Зная  массу и скорости витания фракций  можно отделить щуплое зерно и  сорные семена от зерна, которое будет  использоваться как семенное или  продовольственное. Очистку можно  проводить за один проход. 

     Для этой цели нам подойдёт пневмосепаратор зерна ПС-2, который предназначен для воздушной очистки семян зерновых культур. Достоинствами  пневмосепаратора являются, высокое качество очистки семян за счет оптимальных размеров пневмосепарирующего канала и дозирующего устройства, обеспечивающего стабильность подачи зерна не зависимо от высоты насыпки зерна в бункере и допускается выброс отработанного воздуха в помещение, благодаря высокой очистки его от пыли.

     Производительность пневмосепаратора ПС-2 2 тонны в час, мощность данного агрегата 4,55 кВт, обслуживает установку один человек.

     Пневмосепаратор ПС-2 стационарный, работает в закрытых помещениях в составе поточных линий.

     Пневмосепаратор представляет собой пневмосистему, имеющую приемно-загрузочное устройство, пневмосепарирующий, воздухоподводящий и воздухоотводящий каналы, диаметральный вентилятор, осадочную камеру, устройства вывода примесей и очищенного зерна 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 1 – схема пневмосепаратора

       Пневмосепаратор (рисунок 1) состоит из рамы, на которой  установлены вытяжной вентилятор 1, переходник на циклоны 2, пневмоканал 3, мотор-редуктор 4 (который приводит в действие вал питатель), загрузочный  бункер 5, вал питатель 6, мешкодержатели 7, осадочная камера 8 и циклоны 9.

       .

       Технологический процесс пневмосепаратора происходит следующим образом. Зерновая смесь  по зернопроводу подается в приемно-загрузочное  устройство, разравнивается по ширине пневмосепаратора и питающим валиком вбрасывается в пневмосепарирующий канал. Восходящий воздушный поток, создаваемый диаметральным вентилятором, продувает зерновую смесь и выносит частицы примесей, имеющих скорость витания меньше, чем основная культура, по воздухоотводящему каналу в циклоны. Более крупные частицы примесей под действием силы тяжести попадают в мешкодержатели. Мелкие частицы примесей поступают в циклоны, а затем в осадочную камеру. Осажденные примеси выводятся в бункер отходов. Очищенное зерно выводится из машины и направляется в бункер чистого зерна технологической линии. 

Безопасность  эксплуатации

     К  работе   на   установке  допускаются   лица  не   моложе 17 лет, прошедшие   специальное   обучение, изучившие   её   устройство  и  правила  обслуживания, имеющиеся  удостоверения.

     Запрещается  проталкивать  материал  в  шнеках, бункерах  металлическими  предметами, руками  или  ногами. Вращающиеся  части  установки  должны  быть  закрыты   оградительными  кожухами. Температура   подшипников  работающих  машин  и механизмов  не  должна   превышать 60 ^оС.

     Необходимо  следить  за   исправностью  взрыворазрядников  и  уплотнений  пыленепроницаемость аспирационных  устройств.

     Недостатки

     Базовая модель пневмосепаратора имеет следующие  недостатки:

1. низкая производительность
2. высокая трудоёмкость производимых операций

     Наша  задача будет заключаться в том, чтобы повысить производительность и снизить энергозатраты.

     Процесс разделения зерновых смесей на фракции  воздухом основан на различии аэродинамических свойств частиц исходного материала. Если зерновой материал, состоящий  из частиц с различными аэродинамическими  свойствами, ввести в вертикально-восходящий воздушный поток соответствующей  скорости, то часть зерен будет  уноситься потоком, а часть оставаться на сетке, т.е. исходный материал разделится на две фракции. Если же такой материал вводить в горизонтальный или  наклонный потоки, то частицы будут  отклоняться последними от линии  свободного падения на различную  величину и разделяться на фракции.

     Сепарирование вертикальным и горизонтальным потоком  называют соответственно способом «взвешивания»  и способом «отклонения».

     Перемещение семян относительно воздушной среды  вызывает силу взаимодействия между  семенами и воздухом, которую называют силой сопротивления. Различают  три случая: 1)  семена неподвижны и обдуваются воздушным потоком; 2) семена движутся в неподвижном  воздухе; 3) семена движутся под действием  каких-либо сил в воздушном потоке.

Как известно, при  ламинарном режиме движения сила сопротивления описывается формулой Стокса:

                                                                                                     (1.1)

     Где R – сила сопротивления в Н; µ - динамический коэффициент вязкости; r – радиус шара, на который воздействует воздушный поток, в м; υ – относительная скорость движения шара в м/сек.

     При ламинарном режиме, движения среды сила сопротивления зависит в основном от вязкости.

     При турбулентном режиме, движение силы сопротивления, зависит в большей степени от её динамического воздействия на тело. Для определения этой силы пользуемся формулой Ньютона: 
                                                                                                        (1.2)

     Где R – сила сопротивления в Н; ρ – плотность среды в кг/м³; F – миделево сечение обтекаемого тела (площадь проекции тела на плоскость, перпендикулярную к скорости движения); υ – относительная скорость в м/сек; k – коэффициент аэродинамического сопротивления.

     В общем случае тело, помещенное в  воздушный поток и находящееся  под действием сил, будет двигаться  по направлению результирующей силы P, являющейся суммой силы сопротивления R и веса G.

     В вертикальном восходящем воздушном  потоке сила сопротивления и вес  направлены в противоположные стороны, поэтому две частицы разного  веса и разной силы сопротивления  могут быть разделены так, что  одна опустится вниз, а другая поднимется вверх.  (рис 2)

Рисунок 2 - Схема действия сил на частицу в вертикальном потоке

     Многочисленные  исследования позволили установить, что равномерность скоростного  поля потока является важным условием, обеспечивающим качественное разделение зернового материала. Для характеристики равномерности потока снимают эпюры  скоростного поля, а для сравнения  различных эпюр пользуются численной  оценкой – коэффициентами. На равномерность  воздушного потока в пневмосепарирующих устройствах оказывает влияние  ряд факторов: режим движения потока, тип и конструкция вентилятора, шероховатость стенок канала или  камеры, форма их поперечного сечения, наличие дроссельных устройств, условия входа воздуха в сепарирующее устройство и выхода из него, а также  способ подачи исходного материала. Наибольшую выравненность скоростного  поля в пневмосепарирующих каналах  и камерах можно достичь применением  выравнивающих сот и гофрированных  решеток.

     Результаты  изучения влияния зернового материала  на равномерность скоростного поля воздушного потока в пневмосепарирующем канале привели исследователей к  трем различным выводам:

1. зерновой материал не влияет на равномерность поля скоростного воздушного потока;
2. зерновой материал нарушает равномерность скоростного поля потока;
3. зерновой материал выравнивает скоростное поле потока.

       Такие противоречивые показатели можно было получить только вследствие различной подачи исходного материала в пневмосепарирующий канал. Действительно, при равномерной подаче исходного материала нет причин, которые

могли бы вызвать  ухудшение эпюры скоростного  поля, а при равномерной подаче в область максимальных скоростей  воздушного потока можно даже выравнить  его, в то время как при неравномерной подаче эпюра скоростного поля будет всегда деформироваться. Из сказанного следует, что подачей материала в пневмосепарирующие устройства можно изменять эпюру скоростного поля в нужном направлении. Поэтому на характер подачи исходного материала в пневмосепарирующий канал или камеру следует обращать внимание.

III. Расчет машины

    Базовый вариант пневмосепаратора ПС-2 имеет  производительность 2 т/ч и производит отсеивание только очень легких фракций. Нам нужно чтобы сепаратор  разделял более крупные частицы. Мы увеличиваем скорость потока воздуха, чтобы отделить щуплые зерна, которые  имеют «натуру» (масса тысячи зерен) больше чем у семян сорных растений. Так как мы увеличили скорость воздуха рационально увеличить подачу очищаемого материала в пневмоканал, путем увеличения диаметра питающего вала, который в свою очередь установит равномерную подачу материала в канал очистки.

    Для изготовления вала-питателя (рис 3) берём цилиндр Б-55 ГОСТ 2590-88 из стали Ст3пс ГОСТ 535-88 диаметром 55 и длинной 1012 мм. Устанавливаем заготовку в токарный станок и снимаем слой материала до диаметра 52 мм. Затем вытачиваем места для посадки подшипников и шкива. Дальнейшую обработку будем производить на фрезерном станке. Изготавливаем шпоночный паз и канавки вала-питателя.

    Рисунок 3- Вал-питатель 
 
 

  Технологические расчеты 

       Расчёт клиноременной  передачи.

     N=2 кВт          n₁= 1500 об/мин         n₂ = 950 об/мин

     Определяем  угловую  скорость  вала

            w₁ = p_* n₁ /30 = 3,14_*1500/30 =160   с^-1                                            (3.1)

             w₂ = p_* n₂ /30 = 3,14_*950/30 =100  с^-1

     Определяем   крутящий  момент  на  ведущем  валу

             Т = 10⁷_*N/ w₁ = 10⁷_*2/160 = 12,5_*10⁴ с^-1                                                                         (3.2)

     По  величине Т определяем тип профиля  ремня. Принимаем профиль Б. По  типу ремня выбираем диаметр шкива  электродвигателя  D1 =45 мм

     Определяем  передаточное    отношение  без  учёта  скольжения:

               n = w₁/w₂ = 160 /100 = 1,6                                                             (3.3)

     Определяем   диаметр  большого  шкива:

               D2 = D1_* n =45_*1,6=72 мм                               

     Определяем  расчётное  межосевое  расстояние:

               Q_p= 4(D1 + D2) = 4_* (45+72) =462 мм

   Определяем   расчётную  длину  ремня                                                

                L_p= 2_*Q_p + p/2 (D1 + D2) +(D2 – D1)² /4_*Q_p                                                  (3.4)

                      L_p= 2_*462+ 3,14/2 (45 + 72) +(45-72)² /4_*462

     Округлим L_p до  ближайшего  стандартного L_p = 1000 мм

     Уточняем  межосевое  расстояние

      Q = 0,25_*(L-p/2 (D1 + D2) + Ö( L-p/2 (D1 + D2)²)-2 (D2 - D1)²) =462 мм 

     Определяем  окружную  скорость  ремня 

                V= w_1*D1 /2= 160_*45/2 = 7,2 м/с

     Для ремня профиля Б и скорости ремня 7,2 м/с мощность передаваемая одним ремнем по справочнику составляет 3,7.

     Для этого электродвигателя  необходимо 2 ремня.

       Расчёт вала.

     N= 2кBт                   w=100 c^-1

     Крутящий  момент   на  валу

           Т=10⁶_* N/w=10⁶_* 2/100 =2_* 10⁴ = Hмм.                                              (3.5)

     Находим диаметр вала

       мм.                                                    (3.6)

  Расчёт  подшипников.

     Подшипники  выбираем  по  диаметру  вала  и  динамической  грузоподъёмности.  Динамическая   грузоподъёмность  верхнего подшипника.

                 С= 0,04_*Р ³ÖL_h*n,                                                                           (3.7)               

     где,  Р - приведённая   динамическая  нагрузка 

                P= X_*V_*B_*K_d*K_t                                                                                                                       (3.8)

     V- коэффициент  кольца V=1, X - коэффициент   радиальной  нагрузки  для радиальных  шарикоподшипников  X=1

     B- радиальная  нагрузка  на  подшипники B=509 Н

     K_d- коэффициент  характеризующий  нагрузки  при лёгких  толчках   K_d=1,2

     K_t- температурный коэффициент при t< 100^о  K_t=1

                P= 1_*1_*509_*1,2_*1=610Н

     L_h - долговечность в часах, L_h =10000 час

     n- частота  вращения  n = 950  об/мин

                 С= 0,04_*610 ³Ö10000_*950=5,2 кН

     По  диаметру  вала  и   динамической  грузоподъёмности  выбираем    подшипник 28x52x16 ГОСТ 520-89.

     Расчет  шпоночного соединения 

      Условие прочности на смятие:

                                                                   (3.9) 

     где

     k – рабочая глубина паза в  ступнице, k=4мм;

     l – рабочая длина шпонки, l=28мм.

       т. е. выбранная шпонка удовлетворяет  заданным условиям.

     При внедрении данной модернизации увеличится производительность сепаратора  и  уменьшится расход электроэнергии, так  как время работы в линии зерновых уменьшается.

     Работа  с модернизированным пневмосепаратором  остаётся такой же, как и на базовом  агрегате ПС-2 и не требует дополнительного  обучения персонала.

IV. Применение принципов технологической эстетики

     Художественное  конструирование изделия — целостный  и сложный комплекс и не  следует механически расчленять  его на форму и содержание.

     Опыт, накопленный проектными организациями,  свидетельствует о том, что проектирование промышленного изделия лишь тогда даст действительно хорошие результаты, когда конструктор, технолог и дизайнер работают в тесном контакте и каждый из специалистов хорошо понимают задачу другого.

     Инженеру-конструктору, в обязанность которого входят  разработка рабочих органов и элементов привода машины, решение задач, связанных с удобством обслуживания, ремонта, сборки, наладки и т. п., необходимы , познания в области технической эстетики, в частности знакомство с технологией и основными понятиями.

     Техническая  эстетика — это наука о художественном  конструировании, изучающая его общественную природу и закономерности развития, его принципы и методы.

      Художественное конструирование  — это конструирование предметной  среды с учетом эстетических  потребностей человека, призванное  обеспечить максимальное удобство  эксплуатации изделий, их соответствие психике и физиологии человека, их высокие эстетические качества.

       Форма изделия — это геометрическая характеристика, соответствующая функциональному назначению изделия, органически вытекающая из особенностей конструкции и структуры, полностью использующая свойства применяемых материалов, отражающая специфику технологии производства, отвечающая эстетическим требованиям.

     Композиция  — это эстетическая характеристика, отражающая систему организации  связей элементов формы и содержания  изделия как единого целого.

  Теория  композиции вооружает конструктора общими закономерностями строения изделий, средствами и приемами построения красивой формы. Основными категориями композиции являются объемно-пространственная структура и техника, а к вспомогательным относят пропорциональность, масштабность, ритм, контраст, нюанс, симметрию и асимметрию,  свет и цвет.

  Тектоника — категория, выражающая в художественной форме конструктивного строения предмета, физических свойств материала, соотношение несущих и несомых частей.

  Пропорциональность  — соразмерность, определение соотношения частей между собой и с целым.

  Масштабность  изделия —отражение соответствия и  соотношения размеров изделия и человека.

  Ритм —  повторяемость, закономерное чередование  сильных и слабых, коротких и длинных  и т. п. элементов композиции, располагаемых в порядке убывания или нарастания. Ритм способен придавать композиции динамический характер или статический.

  Симметрия — принцип организации элементов  композиции, основанной на правильном (зеркальном) их размещении вокруг общего центра или оси. Симметричность композиции обычно подчеркивает статичность изделия.

  Асимметрия— принцип организации элементов  композиции, основанный на динамической уравновешенности композиции. Динамическое равновесие — качество композиции, создающее впечатление направленного движения часто в неподвижных предметах.

      Эргономика — научная дисциплина, которая изучает функциональные возможности человека в трудовых процессах, выявляет возможности и закономерности создания оптимальных условий для высокопроизводительного труда и обеспечения необходимых удобств человеку. При создании изделия следует учитывать требования не только к самому изделию, но и ко всей системе «человек — машина — окружающая среда».

     Проектируемое изделие  должно соответствовать:

-силовым, скоростным, энергетическим, зрительным, слуховым и другим возможностям человека;

-размерам и  форме тела человека, его весу (антропометрическим факторам);

-возможностям  и особенностям восприятия (памяти, мышления и т. п.);

-гигиеническим  показателям (освещенность, запыленность, токсичность и т. д.);

-совместимости  при групповом обслуживании (в  том числе и психологической)

     Учет  «человеческого фактора» стал  неотъемлемой частью процесса художественного конструирования. Основными эргономическими критериями хорошо сконструированного оборудования являются его безопасность,  ремонтопригодность , и, главное, удобство обслуживания.     Антропометрия, являющаяся одним из разделов в эргономике, широко привлекается для решения художественно-конструкторских задач, связанных с этими вопросами.

      Предусматривая рабочее место  оператора для проектируемой  машины, конструктор предварительно  определяет рабочее пространство и рабочую зону.

    Под  рабочим пространством подразумевается совокупность всех точек в пространстве, на которое может распространяться воздействие человека во

время работы с учетом его перемещения. Рабочая зона—совокупность точек рабочего пространства, в котором машину обслуживает оператор из фиксированного положения. Размеры рабочего места определяют размерами поля зрения, зонами действия рук и ног во время работы оператора. .

      Кроме того, следует предусмотреть  удобство обслуживания машины  и в период проведения планово-предупредительного  ремонта. Например, часто 

заменяемые детали, узлы должны быть не только доступными, но и расположены таким образом, чтобы их замена не требовала дополнительной разборки машины; периодическую смазку трущихся поверхностей следует осуществлять без разборки узла.

     Проектирование изделий машиностроения, в том числе и оборудования пищевой промышленности, ведут с учетом требований технической эстетики:

-отражения современных  представлений об эстетической  ценности структуры и формы машины или аппарата. Эстетическое совершенство машины, исходящее из современных тенденций в промышленности, формообразования, раскрытия связи «машина— человек — среда»;