Основы расчета и конструирования машин и аппаратов перерабатывающих производств

министерство  сельского хозяйства  российской федерации 

департамент научно-технической  политики и образования 

федеральное государственное  образовательное  учреждение

       высшего профессионального  образования

‘’азово- черноморская государственная агроинженерная академия’’ 
 
 
 
 
 
 

курсовАЯ  рАБотА

(расчетно-пояснительная  записка) 

Тема: «Основы расчета и конструирования машин и аппаратов перерабатывающих производств»

 
 
 

      Выполнил            студент 

      Проверил                  доцент                             
 
 
 
 
 
 

 

 Содержание проекта

Аннотация 

Содержание 

Введение 

1.Описание конструкции и принципа действия протирочной машины

. Свойства объекта  обработки, обобщенная технологическая  схема  

2. Основы расчета протирочной машины

2.1 Технологический  расчет

2.2 Энергетический расчет

2.3 Кинематический  расчет

2.4 Прочностной  расчет 

3. Основные правила эксплуатации протирочной машины 

Заключение 

Литература 

Приложение  

 

АННОТАЦИЯ 

      Курсовой проект выполнен на    листах машинописного текста формата А4 и содержит 3 листа графической части формата А1.

      Пояснительная записка содержит 4 рисунка, 19 библиографических источников и приложение.

      В курсовом проекте с целью совершенствования быстрого и качественного процесса протирания яблок, разработана конструкция протирочной машины, позволяющая получать однородный протертый полуфабрикат, которая позволяет повысить качество последующей его обработки, а также снизить материалоемкость и энергозатраты.

 

ВВЕДЕНИЕ 
 

      Консервная  промышленность выпускает в широком  ассортименте различные фруктовые, овощные, плодоовощные, овоще-мясные, мясные и другие продукты.

      Важное  место в питании человека занимают фруктовые и овощные соки и  пюре, которые по питательной ценности почти не уступают свежим плодам, а  по усвояемости даже превосходят  их.

      Соки  и пюре содержат значительное количество сахаров, органических кислот, а также  белки, аминокислоты, пектин, полифенольные  и красящие вещества и витамины.

      Употребление  соков рекомендуется детям уже  с первых месяцев их жизни. Учитывая недостаток свежих плодов и овощей, особенно в зимнее-весенний период, особое значение приобретают консервированные соки и пырее.

      На  современном этапе технический  прогресс в производстве соков и пюре базируется на комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, оснащении предприятий высокопроизводительными поточными механизированными линиями и агрегатами, создании комплексно-механизированные, автоматизированных цехов и заводов и внедрение новой прогрессивной технологии.

      Широкое применение высокопроизводительного  оборудования позволяет существенно  повысить уровень механизации консервных заводов.

      

      В России оборудование для консервных заводов изготавливают специализированные машиностроительные предприятия. При  этом особое внимание уделяется конструированию  непрерывно-действующего оборудования, созданию агрегатов, совмещающих большое  число операций, автоматизации контроля и регулирования рабочих процессов  и разработке автоблокировочных  устройств, предотвращающих возможность  работы неисправной машины.

      

      Большое значение в производстве соков имеет  процесс протирания, который осуществляется на машинах различного типа. Протирочные  машины должны обеспечивать  качественное разделение протираемой массы на полуфабрикат и отходы, высокую удельную производительность, минимальное количество отходов, низкий удельный расход энергии, однородный и достаточно тонкий дисперсный состав протертого полуфабриката, максимальную степень измельчения.

      К недостаткам протирочных машин  следует отнести невысокую эксплуатационную надежность, обусловленную неравномерным  износом и быстрым выходом  из строя сеток; неравномерные нагрузки на ротор вследствие неодинакового  зазора между бичом и сеткой цилиндра; низкую удельную протирочную способность. Для устранения некоторых недостатков  и усовершенствования данного типа машин в курсовом проекте предлагается конструктивная разработка  протирочной машины типа Т1-КП2У

 

1. ОПИСАНИЕ  КОНСТРУКЦИИ И  ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ ПРОТИРОЧНОЙ МАШИНЫ

      

      

      Процесс протирания широко используется в производстве соков с мякотью, концентрированных томатопродуктов, пюреобразных продуктов и растительных полуфабрикатов для смежных отраслей пищевой промышленности.

      Протирание  – это процесс отделения массы  плодоовощного сырья от косточек, семян и кожуры на ситах с ячейками диаметром 0,7…5мм.

      После протирания получают полуфабрикаты  и отходы, не имеющие пищевой ценности, так как они состоят в основном из клетчатки.

      К процессу протирания предъявляются  следующие основные требования: высокое  качество разделения (сепарации) протираемой  массы на полуфабрикаты и отходы; минимальное количество отходов; однородный и достаточно тонкий дисперсный состав протертого полуфабриката; максимальная степень измельчения.

      Протирочные машины должны иметь высокую удельную производительность; низкий удельный расход энергии; низкую металлоёмкость, особенно некорродирующих материалов; простую конструкцию, обеспечивающую удобство обслуживания, профилактический осмотр, ремонт и качественную санитарную обработку без разработки основных устройств машины; автоматическое поддержание  стабильности влажности отходов  и поступления массы на рабочие  органы; возможность фракционного отбора протертого полуфабриката.

      Основные  рабочие органы всех типов протирочных  машин и финишеров – ситчатый барабан, бичи и устройства загрузки массы на бичи  и удаление отходов из барабана. Перспективными конструкциями протирочных машин являются машины с вращающимися ситчатым барабаном и неподвижными бичами.

      

      Машина  Т1-КП2У предназначена для протирания томатов, овощей, семечковых и косточковых плодов с целью получения однородной протертой массы. Она состоит из протирки 2 с механизмом 1 для регулировки угла опережения  бичей и механизмом 1 для регулирования зазора между бичом и ситом сварной станины 4, на которую устанавливается протирка; электродвигателя 5 с клиноременной передачей и плитой с устройством для натяжения ремней.

      Узел  протирки состоит из четырехбичевого ротора, помещенного внутри барабана, и бункера. Вал ротора установлен в двух подшипниковых узлах. Причем основной подшипниковый узел состоит из двух  подшипников качения, разнесенных на некоторое расстояние один от другого для ликвидации возможного прогиба вала при снятии подшипникового узла, вмонтированного в откидную крышку машины. Крышка крепится к корпусу протирки через подвеску, что дает возможность, сняв крышку вала, повернуть ее вокруг оси подвески, не снимая с машины. Крышка прижимается к фланцу корпуса протирки двумя хомутами, которые стягиваются одним откидным болтом.

      Между двумя подшипниками основного подшипникового узла на валу установлен механизм регулирования  угла опережения бичей на ходу. Он состоит  из двух гильз-кулачков, находящихся  в замковом зацеплении. Замковые элементы гильз выполнены как часть  витка винтовой линии. Протирка имеет  две конструкции, как ситового барабана, так и бичей. Для некосточковых плодов бичи представляют собой пластины, установленные на бичедержателях. Ситовой барабан состоит из двух крайних и одного среднего колец, связанных между собой стяжками. Между кольцами с помощью зажимных планок натягиваются участки сита.

      Для косточковых плодов бичи представляют набор шарнирно висящих на осях молоточков и пластин, которые под действием  центробежной силы отбрасываются к  поверхности сита протирки. При работе молоточки разбивают мякоть плода и вместе с установленными за ними пластинами протирают его.

      

      Машина  работает следующим образом. Продукт, поступая в протирку через бункер, конусом-отражателем и заходной частью бичей забрасывается внутрь протирочного барабана к ситу. Здесь он подхватывается бичам, вращающимися с большой скоростью, и за счет центробежной силы прижимается к поверхности ситового барабана. Жидкая фаза проходит через отверстия сита в приемный бункер. Отходы остаются на стенке и выводятся за счет угла опережения бичей из машины через отверстие в крышке. Угол опережения бичей в протирке при изменении влажности отходов или производительности можно регулировать на ходу поворотом маховика. Установка барабана в наклонном положении осуществляется с помощью регулировочных винтов в пределах 3°. В случае необходимости защиты продукта от аэрации в бункере предусмотрен штуцер для подвода пара. 

      1-механизм  для регулировки угла опережения  бичей; 2- протирка; 3- механизм для  регулирования зазора ; 4- станина; 5- электродвигатель.

      Рисунок 1.1 – Универсальная протирочная машина Т1-КП2У.

 

      2 ОСНОВЫ РАСЧЕТА  ПРОТИРОЧНОЙ МАШИНЫ 

      2.1 Технологический расчет протирочной машины 

      Технологический расчет протирочной машины сводится к определению ее конструктивных параметров. К ним относятся: диаметр  сита, длина бича, длина рабочей  части вала. Заданными параметрами  машины являются:

      - производительность Q=4000кг/ч /2/;

      - радиус бичей  принимаем с  учетом диаметра ситового барабана 

         и зазора между ситом и бичами  r=0,2-0,02=0,18 мм ;

      - фактор разделения  =200…300 /10/;

      - диаметр отверстия сита d=3 мм;

      - шаг отверстий сита, а=10 мм;

      - угол опережения бичей α=2° /10/.

      Производительность  протирочной машины определяется по формуле:

      

                                    (2.1)

      где  D- диаметр сита протирочного барабана, м;

             - длина бича протирочной машины, м;

             п- частота вращения бичей, об/мин;

             φ- живое сечение сита, %.

      Живое сечение ситового барабана при круглых  отверстиях в сите равно:

                                                                                                (2.2)

                                            

      Частота вращения бичевого вала равна:

      

                                                                         (2.3)

      Длина бича протирочной машины вычисляется  по формуле:  

                                                                                                (2.4) 

      где  L- длина ситового барабана, м;

             - длина зоны центробежного отжима,

                   =0,11_·r=0,11_·0,18=0,02  м. 

      Из  формулы производительности (7.1) длина  бича протирочной машины равна:

                                    (2.5)

      Предположим, что диаметр сита машины равен  D=0,4м, тогда длина бича будет равна: 

                                               

      Следовательно, длина ситового барабана равна:

                                                  

      При длине ситового барабана L=800мм и диаметре сита D=400мм выполняется условие L:D=2:1. Следовательно, конструктивные параметры данной протирочной машины подобраны, верно.

      Далее определим длину рабочей части  вала машины по формуле: 

                                                                              (2.6) 

      где  - длина ступицы вращающейся лопасти, мм;

              - ширина решетки, мм;

             - величина зазора между ступицей и решеткой, мм. 

                                 

       

     2.2 Энергетический расчет протирочной машины 
 

     Данный  расчет сводится к определению к определению мощности на привод машины и подбору электродвигателя.

     Мощность  электродвигателя протирочной машины определим по формуле:

                                                                                   (2.7) 

где     W– удельный расход энергии на протирание, W=300…350 кг/м кг;

        η – КПД привода, η=0,85 /10/. 

                                           

     Мощность  электродвигателя, подбираемого для  проектируемой протирочной машины, должны быть не ниже той, которая была определена по формуле (7.7). Из существующих типов электродвигателей выбираем асинхронный электродвигатель трехфазного  тока единой серии 4А.

     Вычислим  КПД привода по формуле:

                                                                                                  (2.8) 

     где  - КПД ременной передачи, =0,96 /17 /;

               - коэффициент, учитывающий потери на трение в подшипниковых опорах, =0,99 /17 /.

                                                    

     Мощность  электродвигателя с запасом будет  равна: 

                                                                              (2.9) 

     Частота вращения вала ротора протирочной машины равна из формулы (7.3) п=997 об/мин.

     Согласно  ГОСТ 15150-69 принимаем асинхронный  двигатель марки 4А90L4У3 мощностью Р=2,2 кВт и частотой вращения вала =1425 об/мин.

     Крутящий  момент на валу двигателя будет равен: 

                                                                              (2.10) 

     Общее передаточное число привода равно:

                                                                                            (2.11)

     

       

     

2.3 Кинематический расчет протирочной машины 

Рисунок 2.2 – Кинематическая схема протирочной машины. 

      Вращающий момент на валу ведущего шкива клиноременной передачи равен из формулы (7.10) Т=22Нм. Для Т>11 Нм принимаем ремень нормального сечения тип А с кордтканевым сердечником.

      Определим диаметр ведущего шкива передачи по формуле: 

                                                           (2.11) 

      Сравнивая полученный интервал значений с =90 мм, принимаем =100 мм.

      Определим диаметр ведомого шкива по формуле: 

                                                                                       (2.12)

      где   - передаточное число передачи;

              - коэффициент относительного скольжения ремня. 

                                         

      Принимаем =213 мм.

      Определим минимальную величину межосевого расстояния по формуле: 

                                                                                 (2.13)

                                           .

      Рассчитаем  длину ремня по формуле:

                                  (2.14)

      

      Расчетную длину ремня округляем до стандартного значения. Принимаем ремень с

      Уточняем  межосевое расстояние по формуле: 

                                                (2.15) 

                            

Определим угол обхвата ремнем ведущего шкива по формуле: 

                                                   (2.16) 

Определим фактическую  скорость ремня по формуле: 

                                                                              (2.17)

      Допустимая  скорость для ременных передач с  клиновым ремнем составляет – 25 м/с. В нашем случае она меньше и ременная передача может использоваться в этой кинематической схеме.

      Определим допустимую мощность, передаваемую одним  ремнем в проектируемых условиях, используя формулу: 

                                                                    (2.18)

      

      

      где  - допустимая мощность, передаваемая одним ремнем в средних

                       условиях эксплуатации, =2,07 кВт для =15,2 м/с и

                       =100 мм.

              - коэффициент режима работы, =1,0 /17/;

              - коэффициент угла обхвата, =0,89 /17/;

              - коэффициент влияния центробежной силы,  =0,93 /17/;

              - коэффициент угла наклона передачи, /17/ =1,0- передача

                   открытая, натяжение ремня периодическое, угол наклона 60°;

              - коэффициент, учитывающий отклонение принятой длины

                    ремня от базовой,  =0,905 /17\;

              - коэффициент числа ремней в передаче, =0,95 /17/. 

                                 

      Определим число ремней, необходимое для  заданной мощности: 

                                                                                      (2.19) 

      Полученное  число ремней округляем в большую  сторону до ближайшего целого числа. Полученное значение больше шести ремней, поэтому следует увеличить диаметры шкивов.

      Принимаем =125 мм. Тогда по формуле (2.12) вычислим  :

                                    

      Принимаем =266 мм. Тогда  

                                     

      Длина ремня из формулы (2.14) равна: 
 

                        

      Принимаем ремень с

      Из  формулы (2.15) межосевое расстояние равно: 

                            

      Определим угол обхвата ремнем ведущего шкива  из формулы (2.16): 

                             

      Фактическая скорость ремня равна: 

                                    

      Определим допустимую мощность, передаваемую одним  клиновым ремнем по формуле ( 2.18): 

                           

      Тогда число ремней, необходимое для  передачи заданной мощности, будет  равно: 

                                     

      Принимаем z=2, а проверочным расчетом определим, допустимо ли это.

      Определим силу предварительного натяжения одного ремня по формуле:

      

      

                                                                                                 (2.20) 

      где  А- площадь поперечного сечения ремня, /17/;

              - величина предварительного натяжения ремней, МПа /18/. 

                                              

      Определим окружную силу, приходящуюся на один ремень: 

                                                                                             (2.21) 

      где  - номинальная мощность, кВт. 

                                               

      Определим силу натяжения ведущей ветви  одного ремня: 

                                                                                           (2.22) 

                                                   

      Определим силу, действующую на валы в ременной передаче:

        

                                                                                    (2.23)

                                              

      Выполним  проверочный расчет принятой ременной передачи по максимальным напряжениям  в ремне.

      Определим напряжение от окружной силы по формуле:

                                                                            (2.24) 

      Определим напряжение от окружной силы: 

                                                                                          (2.25) 

      где  Е=90 МПа – модуль продольной упругости для клиновых и

                  поликлиновых ремней;

              у=2,8 мм /18/. 

                                         

      Определим напряжения в ремне от центробежных сил по формуле: