Шнековый пресс ВПО 20А
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ФИЛИАЛ ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
“МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)”
В ГОРОДЕ СМОЛЕНСКЕ
КАФЕДРА ПИЩЕВОЙ ИНЖЕНЕРИИ
Специальность: ПИЩЕВАЯ ИНЖЕНЕРИЯ МАЛЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Дисциплина: ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ МАЛЫХ И ТРАДИЦИОННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
НА ТЕМУ: ШНЕКОВЫЙ ПРЕСС ВПО 20А
Проектировал студент 4 курса, гр. ПИ-03 ИСАЧЕНКОВА Е.А.
Руководитель
Консультант
К защите
“____” ________ 200__г.
_______________________
(подпись)
Смоленск 2007г.
РЕФЕРАТ
В работе рассматривается шнековый пресс ВПО 20А
Целью данной работы является анализ конструкции пресса и принципа ее действия, а также проведение инженерных расчетов: кинематического расчета привода, технологического и прочностного расчета пресса, а также монтаж и эксплуатация пресса.
В качестве исходных данных
использовалась схема пресса с нанесенными
габаритными размерами и
В работе также проведен анализ современного состояния шнековых прессов.
Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе. – Смоленск: филиал ГОУ ВПО « МЭИ (ТУ) », 2007 г. - 43с., 5 ил., 1 табл., 2 прил., использовано литературных источников -8.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение…………………………………………………………
- Анализ современного состояния шнековых прессов…………………..7
- Состояние современных шнековых прессов………………………..7
- Описание существующих прессов…………………………………..8
- Техническое обоснование выбора пресса
шнекового ВПО-20А……………………………………………………….
- Описание технологического процесса и устройство
пресса шнекового ВПО-20А……………………………………………….15
- Инженерные расчеты…………………………………………………...
18 - Технологический расчет пресса……………………………………18
- Кинематический расчет привода…………………………………...20
- Расчет клиноременной передачи…………………………………...24
- Расчет цепной передачи…………………………………………… 27
- Расчет ведущей звездочки………………………………………….31
- Прочностной расчет………………………………………………...34
- Монтаж и эксплуатация шнекового пресса ВПО-20А……………….36
- Техника безопасности………………………………………………
….38
Заключение……………………………………………………
Список использованной литературы……………………………………..40
Приложение……………………………………………………
ВВЕДЕНИЕ
Под общим названием
«прессование» в технике
Первые два случая имеют цель придать продукту определённую форму и уплотнить его для лучшей транспортабельности, третий для отжима жидкой фазы.
Пищевые продукты, подвергаемые прессованию, являются дисперсными системами, состоящими из твёрдой фазы (кристаллы, гранулы, разорванные клетки орехов и т. п.) или из твердой и жидкой фаз (сок, расплавленный жир, вода).
Прессование определяется
физико-механическими
В зависимости от характера процесса различают процессы периодического и непрерывного действия.
По принципу действия нагнетательных механизмов, создающих усилие при прессовании, прессы делят на ленточные, поршневые, шнековые, шестерённые, вальцовые и др.
Отделение жидкой фазы (воды, сока, расплавленного жира и др.) прессованием применяется при мойке зерна, переработке фруктово-ягодного сырья и др. В данной работе мы будем рассматривать шнековый пресс, который предназначен для отжима сока из ягод винограда.
1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ
ШНЕКОВЫХ ПРЕССОВ
1.1. СОСТОЯНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ШНЕКОВЫХ ПРЕССОВ
На сегодняшний день шнековые прессы широко используются в пищевой промышленности. Они предназначены для отжима соки из ягод винограда, отжатия жома, используются в свеклосахарной промышленности для предварительного отжатия сырого жома и т.д.
В основном в промышленности используют несколько видов шнековых прессов: горизонтальный пресс, горизонтальный двухшнековый пресс, наклонный пресс и вертикальный пресс.
В зависимости от вида деятельности предприятия (переработка первичного или вторичного сырья (жома)) используют тот или иной вид прессов [1].
Так, например, для получения сока из ягод винограда удобно использовать горизонтальные шнековые прессы типа ВПНД-10 и ВПО-20А.
А наклонный шнековый пресс ПСЖН-68 больше подходит для отжатия жома до 12-14 % сухих вешеств. Вертикальные шнековые прессы ПВЖ-60, используются в свеклосахарной промышленности и предназначен для предварительного отжатия сырого жома[2].
1.2. ОПИСАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПРЕССОВ
Наклонный шнековый пресс ПСЖН-68 (рис. 1) предназначен для отжима жома. Жом поступает в сепаратор, где из него частично удаляется вода, а затем в пресс, где отжимается основная часть воды.
Рис. 1. Наклонный шнековый пресс ПСЖН-68
7 — сепаратор; 2 — вал шнека; 3 — сито; 4 — отжимной шнек; 5 — цилиндрические ит, и — pci j-лировочное приспособление; 7 — отверстие для выгрузки жома; 8 — коническое сито; 9 — штуцер; 10 — отверстие для удаления воды; 11 — дополнительная поверхность фильтрования; 12 — штуцер для отвода воды
Часть отжатой воды проходит через цилиндрическое сито и удаляется через штуцер 9, другая часть воды проходит через сито 3 в полую часть вала шнека и удаляется через отверстие 10 и штуцер 9. Отжатый жом выгружается через кольцевые отверстия между коническим ситом и корпусом отжимного шнека. Размер отверстия влияет на продолжительность пребывания жома в прессе и степень отжатия воды и регулируется приспособлением 6.
Горизонтальные и наклонные прессы имеют аналогичную конструкцию. В отличие от горизонтальных прессов в наклонных не происходит частичного смешения отжатого жома с удаляемой жидкостью.
Вертикальный шнековый пресс ПВЖ-60 показан на рис. 2. Основная часть пресса — полый вертикальный шнек, установленный в специальных траверсах. На кожухе шнека с противоположных сторон расположены контрлопасти, которые входят в промежутки между лопастями шнека и
препятствуют вращению материала вместе со шнеком. Контрлопасти имеют отверстия, через которые проходит пар, подводимый по трубопроводу.
В верхней части пресса расположена воронка для загрузки материала, а подней по цилиндрической образующей — цилиндрические
разъемные сита с коническими отверстиями. Влажный жом на прессование поступает через воронку и верхними лопастями шнека направляется вниз, в зону с меньшим поперечным сечением, где происходит отжатие воды. Часть отпрессованной воды выходит через отверстия цилиндрического сита, а другая
Рис. 2. Вертикальный шнековый пресс ПВЖ-60: часть — через полый вал шнека.
/ — приводная шестерня; 2 — загрузочная воронка;
3 — шнек; 4 — разъемное сито; 5 — контрлопасть;
6 — коническое сито; 7 — болт; 8 — скребок;
9 —штуцер;10 — канал
В нижней части цилиндрического сита расположено подвижное коническое сито, которое можно поднимать и опускать при помощи болтов 7. Изменением размера щели между этим ситом и нижней частью цилиндрического сита регулируется степень отжатия жома.
Отжатый жом, выходящий через щель, образованную коническим и цилиндрическим ситами, при помощи скребков выгружается из шнека.
Двухшнековый пресс Stord BS-64 (рис. 3) оборудован двумя параллельно установленными шнеками, вращающимися навстречу друг другу. В корпусе и крышках шнека имеются цилиндрические фильтрующие сита с коническими отверстиями, изготовленные из нержавеющей стали.
Конструкция пресса позволяет
быстро проводить процесс
Частоту вращения шнеков можно регулировать гидромуфтой от 1,45 до 3 мин"1. От частоты вращения шнека зависят его производительность, влажность отпрессованного жома и расход энергии.
Показатели работы пресса зависят от равномерности питания его жомом. При недостаточной загрузке пресса жомом влажность жома увеличивается.
Производительность прессов по отжатому жому
где q — плотность отжатого жома, кг'м3; ср — отношение площади, занятой прерывистыми витками шнека, к площади винтовой поверхности; F — площадь кольцевого выходного отверстия или в случае перфорированного диска сумма площадей свободного сечения диска, м2; l — шаг витка шнека в выходной щели, м; п — частота вращения шнека, мин"1.
Мощность привода пресса (в кВт) складывается из
Рис 3. Двухшнековый пресс Stord BS-64:
/ — загрузочный бункер; 2 — шнек;.? — крышка; 4 — привод
ряда составляющих:
где NС, NK, NB, NCЖ, NП — мощность, необходимая для преодоления сил трения продукта соответственно по ситовому корпусу, поверхности корпуса, поверхности витков шнека, для сжатия жома, перемещения жома; η — коэффициент полезного действия привода.
Рис. 5
На степень отжатия жома оказывают основное влияние форма проходной части прессов и время пребывания жома в прессе.
Двухшнековый формовочный пресс (рис. 5) используют в производстве конфет, в частности пралине, методом формования конфетной массы через фильеру с калиброванными отверстиями. Пресс создает давление в конфетной массе и продавливает ее через фильеру. Непосредственно на выходе из фильеры жгуты конфетной массы рубятся на гранулы эксцентрично установленными ножами гранулятора (рис. 5), расположенными с определенным зазором у фильеры.
Фильера представляет собой плоский металлический диск с
отверстиями, через которые продавливается прессуемая масса. Форма отверстия фильеры определяет вид изделия. При продавливании через отверстия фильеры масса принимает определенную форму. Течение массы в отверстиях фильеры подобно течению очень вязкой жидкости.
Давление, создаваемое шнеком, зависит от гидравлического сопротивления в отверстиях фильеры. Сопротивление определяется консистенцией теста, формой и размером отверстий.
Рубящие ножи закреплены на вращающемся валу, имеющем собственный привод. Эксцентричное расположение ножевого крыла позволяет заполнить материалом все сечение фильеры. Для регулировки зазора между фильерой и рубящими ножами ножевой вал может перемещаться в осевом направлении. Для этого кожух гранулятора может быть отведен в сторону вместе с приводом. При демонтаже шнека грануляционная головка может быть отведена от нагнетающего шнека.[1]
1.3. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ПРЕССА ШНЕКОВОГО ВПО - 20А
Пресс шнековый ВПО-20А относится к прессам средней мощности и
предназначен для отжима сока из ягод винограда.
Применение данного пресса обусловлено региональными особенностями в связи с затруднением поиска сырьевой базы.
Наряду с такими критериями
оценки достоинств пресса, как качество
вырабатываемой на нём продукции, простота
обслуживания, важную роль играют и
технико-экономические
Несмотря на то, что
в настоящее время потребности
промышленности в прессах в основном
удовлетворяются за счет выпуска
новых (современных), все же на предприятиях
еще имеется некоторое
1.4. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ
Целью данной курсовой работы является анализ конструкции шнекового пресса ВПО-20А используемого для отжима сока из ягод винограда и принципа его действия, а также проведение инженерных расчетов: кинематического расчета привода, технологического и прочностного расчета пресса, а также монтаж и эксплуатация пресса.
Задачей курсовой работы является как можно более полное изучение шнекового пресса. Для чего должны быть проведены инженерные расчеты, а также разработана графическая часть проекта, включающая в себя: общий вид шнека, 2 узла и деталировку.
2. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И УСТРОЙСТВО ПРЕССА ШНЕКОВОГО ВПО- 20А
2.1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Технологический процесс происходит следующим образом. Отделённые от гребней виноградные ягоды, частично разрушенные в дробилках-гребнеотделителях, поступают в бункер пресса. Здесь масса (мезга) захватывается транспортирующим шнеком и подаётся к прессующему шнеку. На участке транспортирующего шнека сок (сусло)
Частично отделяется от мезги и собирается. Этот сок наиболее качественный, так как содержит минимальное количество взвешенных частиц.
На стыке шнеков масса перемешивается, т. е. подвергается сдвиговым деформациям, чем обеспечивается образование хорошей дренажной системы каналов в мезге для отвода сусла.[1]
2.2. УСТРОЙСТВО ПРЕССА
Шнековый пресс ВПО– 20А предназначен для отжима сока из ягод винограда. Основа пресса - сварная из фасонного проката рама 1, на которой смонтирована основная корпусная деталь 13. Сверху к ней крепится бункер 14 для приема массы, а снизу - сборник 2 для сока (сусла) первой фракции. К фланцу основной корпусной детали крепится основной перфорированный барабан 19 с бандажными кольцами жесткости 18. Внутри барабана по его оси расположены два шнека: транспортирующий 3 и прессующий 16. Шнеки посажены на валу 26, причем прессующий шнек соединен с валом жестко и крутящий шнек посажен на валу свободно. Вал получает вращение от электродвигателя 8 через клиноременную передачу 10, стандартный зубчатый редуктор 7 и зубчатую пару 5. Транспортирующему шнеку вращение передается от того же привода через цепную передачу 12 с натяжной звездочкой 4. Основной вал установлен в подшипниках 6 и 11, корпуса которых прикреплены к раме. В конце основного перфорированного барабана расположен запорный конус 20, которым регулируют площадь кольцевого отверстия для выхода отпрессованной массы и, следовательно, влажность выжимок. Передвижение конуса вдоль оси обеспечивается гидроприводом, который состоит из насоса 23 и двух цилиндров 22. Масляный насос смонтирован на кронштейне 24, прикрепленном к раме. Между последним витком прессующего шнека и запорным конусом образуется камера максимального давления, внутри которой размещен малый перфорированный барабан 27 с крышкой 21 для санитарной обработки и штуцером 25 для отвода сусла.
Под основным перфорированным барабаном расположен сборник 28 для сусла второй и третьей фракции.Привод пресса закрыт кожухом 9, а основной перфорированный барабан - двухстворчатым кожухом 15. Частота вращения основного вала с прессующим шнеком 20,5 об/мин, транспортирующего шнека 40,5 об/мин в противоположную сторону, чем обеспечиваются перемещение прессуемой массы и высокий выход сока. [1]
3. ИНЖЕНЕРНЫЕ РАСЧЕТЫ
3.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРЕССА
1. Производительность прессов П (т/ч) :
,где
F—площадь кольцевого выходного отверстия или сумма площадей отдельных отверстий диска;
F=3,26 м2;
t — шаг наклонного витка, расположенного в выходной щели;
t=0,32 м;
n—частота вращения вала шнека, мин ;
n=40,6 об/мин;
ρ— плотность отжатого жома;
ρ=16 кг/м ;
φ—отношение площади, занятой прерывистыми витками шнека, к площади винтовой поверхности, на которой расположены прерывистые витки (расчет производится для одного витки у выходной щели);
φ=0,5.
Подставив данные в формулу найдем производительность шекового пресса: П=20 (т/ч).
1.1. Производительность шнека в 1-м сечении Пi (м3/с) определяется по уравнению:
,где
D — наружный диаметр шнека;
D=0,50 м;
d — средний диаметр корпуса шнека на данном участке;
d=0,2 м;
S — шаг витка на данном участке;
S =0,32 м;
n — частота вращения шнека;
n=7,5об/мин ;
— объем, занимаемый витками шнека на длине одного шага;
=0,25 м3;
-коэффициент перемещения, учитывающий проворачивание жома; =0,85.
Подставив данные в формулу найдем производительность шнека в 1-м сечении: Пi=0.31 (м3/с).
3.2. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА
1. Выбор электродвигателя.
2. Определяем к.п.д. передачи:
ηобщ.=ηр..п.· ηред.·ηц.п. ,
где ηр..п – к.п.д. ременной передачи,
ηр..п = 0,96;
ηред - к.п.д. редуктора,
ηред.=0,95;
ηц.п – к.п.д. цепной передачи,
ηц.п =0,95;
η общ = 0,96·0,95·0,75=0,87.
3. Определяем необходимую мощность двигателя:
Рвх.= ;
Рвых=2,5;
ηбщ=0,87;
Рвх= кВт.
4. По требуемой мощности подбираем двигатель: трехфазный, асинхронный серии 4А (по ГОСТ 19523 – 81).
Рдв=13 кВт – мощность двигателя.
5. Подбираем частоту вращения двигателя.
Определяем общее передаточное число:
Uобщ =Uр.п.· Uред · Uц.п.;
где Uр.п. – передаточное число ременной передачи,
Uр.п ≤ 4;
Uред- передаточное число редуктора,
Uред ≤ 3,55;
Uц.п – передаточное число цепной передачи,
Uц.п. ≤ 4;
Uобщ max = 4· 3,55· 4 = 56,8;
nвых = 40 об/мин.
Вариант 1: nдв1=3000 об/мин.
U1= .
Вариант2 : nдв2=1500 об/мин.
U2= .
Вариант3 : nдв3=1000 об/мин.
U3= .
Вариант4 : nдв4=750об/мин.
U3= .
Анализируя передаточное отношение, приходим к выводу, что оптимальный вариант будет в том случае, когда nдв=1500 об/мин и передаточное число 37,5.
Предпочтение отдаем двигателям с большей скоростью, поэтому, двигатель 1000 об/мин и 750 об/мин не принимаем.
Определяем номинальную частоту
вращения и запишем марку двигателя:
Скольжение S=4,4%.
Мощность двигателя Рдв=3 кВт.
Частота вращения nдв=1500 об/мин.
Номинальная частота вращения:
nном=1500 – 4,4 · 10=1434 об/мин.
6. Определяем передаточное отношение передач:
Uобщ= ;
Uр.п. = 2,8;
Uред=3,15;
Uц.п= .
Принимаем стандартное передаточное число 4 и проверяем отклонение от нужного передаточного числа:
Uобщ.станд = 2,8 · 3,15· 4 = 35,28 ;
Δ U= ;
Δ U<4%, т.к. отношение меньше 4% принимаем стандартные числа.
7. Определяем частоту вращения и угловую скорость валов передачи.
I вал; nI = nном = 1434 об/мин;
ωI= с-1;
II вал; nII= об/мин ;
ωII= с-1;
III вал: nIII= об/мин;
ωIII= с-1;
IV вал: nIV= об/мин;
ωIV= с-1;
8. Определяем мощность на валах:Рвх.= РI = 2,5 кВт;
РII = РI · ηр.п..=2,5 · 0,96 = 2,4 кВт;
РIII = РII · ηред =2,4 · 0,95 = 2,28 кВт;
РIV = РIII · ηц.п. =2,28 · 0,95 = 2,166 кВт;
9.Определяем вращающий момент на валах:
ТI= кН · м;
ТII= кН · м;
ТIII= кН · м;
ТIV= кН · м;
10. Результаты расчета сводим в табл. параметров передачи:
№ вала |
Частота вращения n об/мин, |
Угловая скорость ω, с-1 |
Мощность Р, кВт |
Вращающий момент Т, кН×м |
I |
1434 |
150,1 |
2,5 |
0,017 |
II |
512,1 |
53,6 |
2,4 |
0,045 |
III |
162,6 |
17,0 |
2,28 |
0,134 |
IV |
40,6 |
4,2 |
2,166 |
0,516 |
3.3. РАСЧЕТ КЛИНОРЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ
Исходные данные: P = 2,5 кВт, n1 = 1434 об/мин, U = 2, 8
1. Выбор сечения ремня по номограмме |4,с.134|. В зависимости от частоты вращения и мощности выбираем тип ремня (О, А, Б, В, Г, Д).
При P = 2,5 кВт и n1 = 1434 об/мин принимаем тип ремня А.
2. Определяем вращающий момент на ведущем шкиве.
Т1 = = = 0,017 кН · м
3. Диаметр меньшего шкива.
D1 = (3÷4) = 4× = 103 мм
Округляем до стандартного |4, табл.7.8,с.132| : d1 = 100 мм
4. Диаметр большего шкива.
D2 = d1 ×U× (1- ε)
ε = 0, 01 ÷ 0, 03
Принимаем ε = 0,02
d2 = 100× 2, 8 × (1 – 0, 02) = 274,4 мм