Міністерство аграрної політики України

Таврійський державний агротехнологічний університет

Факультет ІКТ

Кафедра: “Обладнання переробних і харчових виробництв”

Практична робота №3

Розрахунок процесу різання і параметрів

відцентрової бурякорізки

Методичні рекомендації

з дисципліни “Теоретичні основи технологічних

розрахунків машин і апаратів”

для студентів 5 курсу факультету ІКТ

Мелітополь

2008

Розробили. к.т.н., доц. Бойко В.С.

к.т.н., доц. Ялпачик Ф.Ю.

Розглянуті і затверджені на засіданні кафедри «____»_________2008 р.

Протокол № _____від___________

Зав. кафедрою ОПХВ к.т.н., доц. Ялпачик Ф.Ю.

Рекомендовано методичною комісією факультету ІКТ

«___» ___________ 2008р. Протокол № ____від_________

Практична робота №3

Тема роботи: Розрахунок процесу різання і параметрів відцентрової бурякорізки.

Мета роботи: вивчення теоретичних основ процесу різання буряка; знайомство з класифікації бурякорізок, їхньою конструкцією і принципом роботи, виконання розрахунку параметрів бурякорізки.

Час проведення практичної роботи: 2 години

1. Загальні відомості

Для витягу цукру з буряка шляхом дифузії потрібно подрібнити буряк в стружку. Процес отримання стружки з бурякового кореня здійснюється в машинах бурякорізки за допомогою дифузійних ножів, які встановлені в спеціальних рамах. Бурякова стружка отримана в машинах бурякорізки може мати жолобчасту або пластичну форму. Товщина нормальної стружки рівна 0,5.1,0мм. Поверхня її повинна бути гладкою без тріщин. Дуже тонка стружка небажана, оскільки вона деформується, збивається в грудки і погіршує циркуляцію соку в дифузійних установках. Якість бурякової стружки прийнято визначати її довгою в навішуванні масою 100г. Мезгу і брак відбирають і зважують окремо. Нормальна довга 100г стружки залежно від розміру ділення ножа складає від 10 до 25мм. Чим довше стружка тим менше її товщина і більше поверхня.

Поверхня стружки повинна бути можливо більшої, оскільки з її збільшенням прискорюється процес дифузії. Однак при цьому стружка повинна бути пружною, мати певну механічну міцність. Гарним показником якості стружки може бути проникність її шару при визначеній температурі і тиску на шар.

Більш краща жолобчаста стружка, тому що при цій формі підвищується її пружність. Крім того, жолобчаста стружка при тій же товщині має велику поверхню.

Дія бурякорізок заснована на взаємовідносному русі буряка і ножів, що може здійснюватися по-різному. У деяких конструкціях бурякорізок, наприклад у різаннях, з горизонтальним диском, рухаються ножі, закріплені в обертовому диску, що обертається, буряк же нерухомий: такі бурякорізки називаються дисковими.

У інших конструкціях ножі закріплені нерухомо на стінках вертикального циліндра, буряк рухається по внутрішній поверхні циліндра, притискаючись до ножів дією відцентрових сил. Такі різання називаються відцентровими. Останнім часом одержали поширення барабанні різання, у яких ножі закріплені на стінках горизонтального барабана, що обертається, а буряк знаходитися усередині барабана і утримується від обертання особливим пристосуванням.

Для отримання якісної бурячної стружки на відцентрових або дискових бурякорізках необхідне, щоб буряк у процесі подрібнення з достатнім зусиллям притискалася до поверхні ножів і внутрішньої поверхні барабана або диска бурякорізки. Для відцентрових бурякорізок з діаметром барабана 1200мм і швидкістю різання 8,2 м/с тиск на внутрішню поверхню ножового корпусу складає близько 40 Кпа, а для дискових бурякорізок при висоті шаруючи в бункері 3м – 30 Кпа, а в барабанній бурякорізки тиск від дії відцентрових сил досягає 80 Кпа.

В даний час найбільш розповсюдженими в цукровій промисловості є відцентрові бурякорізки.

Класифікацію машин для здрібнювання буряка (Рисунок 1) можна дати, виходячи з взаємного відносного руху буряка і пристроїв, що ріжуть, а також конфігурації вузла, у якому встановлені пристрої, що ріжуть. У відцентрових бурякорізках рами з ножами закріплені у вирізах вертикально встановленого корпуса, буряк, що надходить у бурякорізку, переміщається щодо ножів за допомогою ротора і притискається до ножів за допомогою відцентрових сил і дії лопат завитка, що заклинює, завиток.

Рисунок 1. Класифікація бурякорізок.

У дискових бурякорізках ножі з рамами встановлюються у вирізах горизонтально обертаючого диска, буряк же знаходиться в нерухомому стані і притискається до ножів під дією власної маси і за допомогою спеціальних притисків. У барабанних бурякорізок ножі з рамами закріплені у вирізках стінки барабана, що горизонтально обертається, буряк знаходиться усередині барабана, утримується від обертання разом з барабаном і притискається до ножів спеціальними пристроями.

На відцентрових бурякорізках при нормальних умовах експлуатації одержують стружку найкращої якості, при цьому витрачається найменша кількість ножів для подрібнення 100т буряка в порівнянні з іншими конструкціями бурякорізок. Ножі в бурякорізках можна міняти на ходу: продуктивність бурякорізок регулюється зміною частоти обертання ротора або кількістю працюючих ножів.

Дискові бурякорізки прості по пристрою, але в процесі експлуатації споживають велику кількість ножів і енергії, стружка виходить низької якості, зміна ножів здійснюється тільки при зупинці.

До бурякорізок пред'являються наступні вимоги: висока продуктивність, висока якість бурякової стружки, простота і зручність обслуговування і ремонту, надійна економічна робота. Якість бурякової стружки різної форми оцінюють довгої 100г стружки в м, або відношенням маси стружки довгою більше 5 см до маси стружки довгої менше 1 см (шведський чинник). Браком вважаються нерозрізані шматочки буряка, а також стружка, товщина якої складає менше 0,5мм і довга менше 5мм. Кількість бракованої стружки не повинна перевищувати 3.5%. Швидкість різання винна знаходиться в межах 5….9м/с.

Якість стружки і кількість браку в ній залежить від величини зазору між планкою і ріжучими лезами ножів. Стружку необхідної якості отримують при виступі ножів над планкою в межах 0,4…1мм і зазорі 2…3мм. При переробці волокнистого буряка зазор збільшується до 3,5мм.

Відцентрова бурякорізка (рис. 2) складається з циліндричного корпуса, трьохлопатевого завитка, конічного редуктора, приводу, верхнього і нижнього кожухів, завантажувального бункера, ножових рам, лебідки і пальчастого гідравлічного шибера. Принцип дії бурякорізки полягає в наступному. Завантаження буряка у бурякорізку проводиться через завантажувальний бункер. У корпусі бурякорізки буряк захоплюється завитком, що обертається, і під дією відцентрової сили притискається до ріжучої кромки ножів, сковзаючи по яких поступово розрізає на бурякову стружку.

Рисунок 2. Відцентрова бурякорізка: 1 - завантажувальний бункер; 2 - циліндричний корпус; 3 - трилопатевої завиток; 4 - нижній кожух; 5 - верхній корпус; 6 - ножова рама; 7 - лебідка; 8 - привід

Бурякова стружка через отвори ножових рам випадає у простір між корпусами бурякорізки і кожухом, а потім через отвір нижнього корпусу поступає на подальшу переробку.

Для різання буряка використовують дифузійні ножі з різною формою леза. На малюнку 3 показані різні форми ножів: а) п – подібні; б) Чижека; в) безреберні (кенігсфельдські); г), д) комбіновані.

а) б) в) г) д)

Рисунок 3 Форма дифузійних ножів

На цукрових заводах України використовуються ножі, виготовлені згідно галузевого стандарту ОСТУ 27-31-304-77 з кутом профілю 75⁰. Стандартом передбачено виготовлення ножів з кромкою 6.7, 8, 25, 9, 10,12мм. Найбільше поширення знайшли ножі з кромкою 8,25мм, яка дозволяє виготовити їх симетричними при довжині 165мм. Ножі виготовляються з інструментальної сталі У–8А.

Ножові рами з набором ножів встановлюються в кубла корпусу бурякорізки щільно без хитання. Ножі в рамах бувають двох типів А і Б. Вони відрізняються між собою зсувом вершин на половину кроку (рис.4).

Рисунок 4. Ножі і ножові рами.

В рами вставляють ножі одного типу, в бурякорізці рами розміщують по черзі –А – Б – А –Б… Для того, щоб рами складали з корпусом бурякорізки внутрішню поверхню одного радіусу, після установки їх проточують разом з корпусом. Корпус бурякорізки має ремонтні накладки, які дозволяють неодноразово проточувати його. Зазвичай запасні і робочі рами разом з корпусом проточують один раз в сезон цукроваріння.

Для заміни ножів в робочому стані бурякорізка забезпечена рейковим механізмом, що піднімає ножову раму з свого гнізда, а на її місце входить глуха рама, яка відрізняється від робочої відсутністю отворів для установки ножів. Рейковий механізм можна переміщати по верхньому краю корпусу бурякорізки і встановлювати над будь-якою ножовою рамою.

При попаданні важких домішок у бурякорізку в разі потреби припинення подачі буряка включається штировий шибер, що перекриває доступ буряка в корпус бурякорізки.

Дифузійні ножі при переробки волокнистого буряка часто забиваються волокнами і отримати стружку хорошої якості неможливо. Для їх очищення застосовується продування парою або стислим повітрям з надмірним тиском 0,7Мпа, при цьому пара і повітря до ножів необхідно підводити так, щоб вони здували волокна з ножів, а не притискували їх до ріжучої кромки.

Бурякорізки встановлюють під бункерами, у яких знаходиться запас буряка, що переробляється. Робота бурякорізки тісно пов'язана з роботою дифузійної установки, і продуктивність бурякорізки регулюється оператором дифузійної установки шляхом подрібнення швидкості різання.

2. Теоретична частина

Продуктивність бурякорізки визначається кількістю подрібненого буряка за певний проміжок часу, при дотриманні якості бурякової стружки, яка залежить від загальної довгі ріжучих лез ножів, які беруть участь у роботі, швидкості різання, товщини стружки, об'ємної маси буряків в умовах знаходження її в корпусі бурякорізки і характерних для даного типу бурякорізки значень конструктивного і експлуатаційного коефіцієнтів.

В загальному вигляді формула для визначення продуктивності бурякорізок має вигляд:

т/доба (1)

де Q – продуктивність бурякорізки т/доба;

L – загальна довжина ріжучих країв ножів, м;

h – товщина стружки, м;

v – швидкість різання, м/с;

ρ – маса стружки в одиниці об'єму, кг/м3;

К_К – конструктивний коефіцієнт;

К_е – експлуатаційний коефіцієнт;

У залежності від конструкцій пристроїв, що рухаються, за допомогою яких буряк переміщається щодо недвижних ножів, маса буряка в обсязі, що описують рушійні частини, буває різної, змінюючись у границях ρ = 550…600 кг/м³

У відцентрових бурякорізок різних конструкцій буряки рухаються по колу за допомогою спірально розміщених стінок трьохпелюсткового завитка. Завдяки утвореному завитками простору клиноподібної форми та дії відцентрових сил, буряк притискається до нерухомих ножів, які зрізають з них шар бурякової стружки.

Щоб виконати дані умови швидкість різання визначається по формулі:

м/с (2)

де D – діаметр барабана різкі, м;

п – частота обертання об/хв.

Конструктивний коефіцієнт:

, (3)

де ∑δ – сумарна довжина дуг, які займають 3 ребра товщиною δ разом з контрножами.

Експлуатаційний коефіцієнт:

; (4)

де ∑Т_зуп – сумарна тривалість зупинок для вивантаження сторонніх предметів, щозмінного технічного стану, виконання ремонтних робіт, мастила окремих деталей і вузлів.

Важливим елементом бурякорізки є її привід. Він повинен мати достатню потужність, щоб забезпечити плавну зміну частоти обертання лопатевого завитка для досягнення необхідної продуктивності і якості стружки при тривалій надійній роботі.

У процесі одержання бурякової стружки потужність витрачається на наступні процеси:

а) розгін буряка рухомими елементами до швидкості різання;

б) подолання сил тертя буряків по корпусу та ножових рамах;

в) подолання сил тертя між рухомими та нерухомими шарами буряків.

Потужність, потрібна для розгону буряків, кВт:

, кВт (5)

де G – маса рухомого буряка, що знаходиться над завитком, кг;

q – маса завитка, кг;

υ – максимальне значення швидкості різання, м/с.

Сумарна величина зусилля для різання визначається по формулі

(6)

де f – питоме зусилля різання, Н/м;

L₁ – довга ножа, м;

m – кількість ножових рам;

K_k – конструктивний коефіцієнт (таблиця 1);

ε – коефіцієнт корозності; ε = 0,55…0,6;

F – зусилля притиснення буряка, Н.

На величину питомого зусилля впливає якість буряків, форма і товщина стружки, гострота ріжучого леза. При переробці якісної сировини з одержанням жолобчастої стружки довжиною 9…15м (ножі з кроком t = 5мм) f = 160…135 H/м.

Тоді момент різання в Н/м відносно осі обертання визначиться:

(7)

де R – радіус різання (дорівнює радіусу барабана, в якому вставлені ножі); у дисковій бурякорізок він дорівнює радіусу окружності, що проходить через середину ножів, м.

Потужність приводу для різання буряків визначиться по формулі:

, кВт (8)

де М₁ – момент при різанні буряка щодо осі обертання, Нм;

п – число обертів завитка, об/хв.

Якщо число оборотів п виразити через швидкість різання ν м/с то отримаємо:

, об/хв. (9)

Підставивши значення М₁ і п у формулу (8) отримаємо

, кВт (10)

Потужність на подолання сил тертя буряка об корпус і ножові рами визначиться з виразу:

, кВт (11)

Потужність для подолання сил тертя між шарами буряків залежить від конструкції завантажувального бункера. Для відцентрових бурякорізок з конічним бункером, який має прохідний отвір 0,7…0,8м, потрібна потужність додатково залежить від продуктивності бурякорізки і як правило вибирається з таблиць (таблиця 2).

Таким чином загальна потужність без врахування сил тертя в механізмах приводу визначитися з рівняння.

, кВт

Приріст потужності на подолання сил від механічних втрат на тертя складає приблизно 3% від сумарної потужності.