МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФГБОУ ВПО «ВОРОНЕЖСКий ГОСУДАРСТВЕННый университет
инженерных технологий»
А.Н. ОСТРИКОВ, О.В. АБРАМОВ,
А.В. ПРИБЫТКОВ, А.И. ПОТАПОВ
ПРАКТИКУМ ПО КУРСУ
«РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ
МАШИН И АППАРАТОВ
ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ»
_____________
Воронеж
2013
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФГБОУ ВПО «ВОРОНЕЖСКий ГОСУДАРСТВЕННый университет
инженерных технологий»
ПРАКТИКУМ ПО КУРСУ
«РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ
МАШИН И АППАРАТОВ
ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ»
Рекомендовано………………….
_____________
Воронеж
2
УДК 637/663/664.002.5(076.5)
ББК Л80-5-03+Л70-5-03
П69
Научный редактор профессор А.Н. Остриков
Рецензенты:
кафедра «Процессы и аппараты перерабатывающих производств» ФГБОУВПО «Воронежского государственного агроуниверситета им. Петра I» (зав. кафедрой – к. с.-х. н., доцент Н. В. Королькова)
генеральный директор ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт комбикормовой промышленности», д. т. н., профессор В.А. Афанасьев
Остриков А.Н.
П 69 Практикум по курсу «Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств» (учебное пособие) [Текст] : учеб. пособие / А. Н. Остриков, О. В. Абрамов, А. В. Прибытков, А. И. Потапов; Воронеж. гос. ун-т инж. технол. – Воронеж : ВГУИТ, 2013. – 215 с.
ISBN 978-5-7458-1145-6
Учебное пособие разработано в соответствие с требованиями ФГОС ВПО подготовки выпускников по направлениям подготовки бакалавров 260100.62 – «Продукты питания из растительного сырья» и 260200.62 – «Продукты питания животного происхождения». Предназначено для закрепления теоретических знаний дисциплин цикла Б2. Способствует получению студентами практических навыков расчета и конструирование машин и аппаратов пищевых производств.
Приведены основные расчетные зависимости и последовательность выполнения конструктивного и прочностного расчетов машин и аппаратов пищевых производств.
П |
4001010000 |
Без объявл. |
П 69 (03) - 2013 |
ББК Л80-5-03+Л70-5-03
ISBN 978-5-7458-1145-6
А. Н. Остриков, О. В. Абрамов, А. В. Прибытков, А. И. Потапов, 2013
ФГБОУВПО «Воронеж.
гос. ун-т инж. технол.», 2013
Оглавление
Предисловие…………………………………………………………….…6 |
Методические рекомендации……………………………………..……10 |
Введение………………………………………...………………………..11 |
ГЛАВА 1. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ И ЕГО ЭЛЕМЕНТОВ.................12 |
§ 1. Теоретическая часть……………………………………………..12 |
§ 2. РПР № 1. Расчет надежности ротора сепаратора……………...21 |
ГЛАВА 2. ЕМКОСТНАЯ И ТЕПЛОВАЯ АППАРАТУРА…… |
§ 1. Теоретическая часть………………………………… |
§ 2. РПР № 1. Расчет аппаратов, работающих под внутренним и внешним избыточным давлением… |
§ 3. РПР № 2. Расчет фланцевых соединений…………… |
§ 4. РПР № 3. Расчет укрепления отверстий в аппарате………… |
§ 5. РПР № 4. Расчет узла сопряжения элементов цилиндрического аппарата…………………………………………… |
ГЛАВА 3. АППАРАТЫ С МЕДЛЕННОВРАЩАЮЩИМИСЯ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ……………………………… |
§ 1. Теоретическая часть………………………………… |
§ 2. РПР № 1. Расчет барабана сушилки на прочность… |
§ 3. РПР № 2. Расчет свободно надетого бандажа барабанного агрегата… |
§ 4. РПР № 3. Расчет шнекового нагнетателя…………… |
ГЛАВА 4. РОТОРНЫЕ МАШИНЫ……………………….. |
§ 1. Теоретическая часть………………………………… |
§ 2. РПР № 1. Расчет цилиндрической осадительной центрифуги. |
§ 3. РПР № 2. Расчет ротора центрифуги на виброустойчивость. |
ГЛАВА 5. РОТАЦИОННЫЕ МАШИНЫ………………… |
§ 1. Теоретическая часть………………………………… |
§ 2. РПР № 1. Расчет молотковой дробилки……………… |
§ 3. РПР № 2. Расчет диска распылительной сушилки………… |
§ 4. РПР № 3. Расчет перемешивающего устройства вертикального аппарата |
§ 5. РПР № 4. Расчет колец жесткости вертикального аппарата с перемешивающим устройством |
ГЛАВА 6. ПОРШНЕВЫЕ МАШИНЫ…………………… |
§ 1. Теоретическая часть………………………………… |
§ 2. РПР № 1. Расчет шатуна………………………………… |
§ 3. РПР №2. Расчет поршня компрессора…………………. |
ГЛАВА 7. ВИБРАЦИОННЫЕ МАШИНЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ…………………………… |
§ 1. Теоретическая часть………………………………… |
§ 2. РПР № 1. Расчет виброизоляции центрифуги……… |
Заключение………………………………… |
Приложения……………………………………………… |
Библиографический список……………… |
ПРЕДИСЛОВИЕ
Дисциплина «Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств» относится к дисциплинам профессионального цикла и является одной из завершающих подготовку дипломированных специалистов по специальности 151701 «Проектирование технологических машин и комплексов» и бакалавров по направлению подготовки 151000 «Технологические машины и оборудование».
Создание и внедрение в промышленность современной, высокоэффективной техники, прогрессивной технологии и материалов, способствующей повышению производительности, улучшению условий работы, экономии материальных и трудовых ресурсов, а также направленных на охрану окружающей среды, является главной задачей развития машиностроения.
Цель дисциплины – подготовка студентов к производственно-технологической, организационно-управленческой, научно-исследовательской и проектно-конструкторской видам профессиональной деятельности, связанной с оптимальным проектированием современных, надежных, высокоэффективных и конкурентоспособных машин и аппаратов, а также обучение студентов использованию знаний, полученных в результате фундаментальной подготовки по математическим и естественнонаучным дисциплинам и дисциплинам профессионального цикла ООП, для решения инженерных задач, связанных с расчетом и конструированием технологического оборудования.
Задачи дисциплины:
- изучение методологии проектирования машин; определение основных направлений прогресса в машиностроении;
- изучение основ теории производительности машин, основ квалиметрии и теории надежности;
- изучение методов расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств для выбора наиболее рационального метода повышения эффективности машин, снижения материалоемкости, повышения долговечности и надежности оборудования;
- поиск путей и разработка новых способов решения нестандартных производственных задач;
- анализ состояния и динамики показателей качества работы технологического оборудования пищевых производств.
Изучение ее отдельных разделов осуществляется в соответствии с компетентностным подходом и включает сведения, излагаемые в теоретической и технической механике, материаловедении, технологии конструкционных материалов, основах технологии машиностроения, технологическом оборудовании и т. д.
Важнейшими условиями создания прогрессивного конкурентоспособного оборудования, позволяющего эффективно решать проблему комплексной переработки сельскохозяйственного сырья и производства продуктов питания, являются:
- всемерное снижение стоимости новых конструкций машин на единицу производительности (мощности);
- повышение в оптимальных пределах единичной мощности машин при одновременном уменьшении их габаритов;
- снижение энергопотребления, удельной металлоемкости;
- обеспечение экономичности в эксплуатации, надежности и безопасности конструкций машин.
Реализация этих мероприятий можно осуществить как за счет использования новых конструкторских решений и автоматизированных методов расчета, так и за счет применения перспективных материалов повышенной прочности, новых экономичных профилей проката и т. п.
Применение методов оптимального проектирования технологического оборудования, основанных на использовании математического моделирования на ЭВМ, позволит в значительной степени автоматизировать процесс расчета и конструирования машин и выбрать наиболее оптимальный вариант предлагаемых решений.
Требования к уровню (результатам) освоения содержания дисциплины. В результате изучения дисциплины «Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств» и в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по специальности 151701 «Проектирование технологических машин и комплексов» и направлению подготовки бакалавров 151000 «Технологические машины и оборудование»
студент должен знать:
- основные проблемы научно-технического развития техники пищевой промышленности; основные направления прогресса в машиностроении, в т.ч. для технического перевооружения и реконструкции производства, связанные с изменением конъюнктуры на рынке;
- технологическое оборудование отрасли, принципы и особенности создания машин и автоматизированных технологических комплексов пищевых производств и их основные технические характеристики; проблемы улучшения качества машин;
- основы проектирования технологических машин и комплексов; пути и перспективы их совершенствования;
- физико-математические методы для проектирования технологического оборудования с применением стандартных программных средств;
- стандартные методы расчета при проектировании технологических машин и оборудования;
- способы определения оптимальной конструкции рабочих органов и других узлов машин пищевых отраслей;
- переход от расчетной схемы к реальной конструкции и наоборот;
- расчеты машин и аппаратов на прочность, жесткость, устойчивость и колебания;
- техническую документацию (ГОСТ, ОСТ, ЕСКД, нормали, технические условия и т.д.), необходимую при расчете и проектировании оборудования;
- экспериментальные методы испытания машин и аппаратов и обладать навыками исследования прочности узлов и деталей.
Студент должен уметь:
- проводить теоретические и экспериментальные исследования в области технологических машин и оборудования с использованием современных математических методов, стандартных средств автоматизации проектирования;
- находить оптимальные и рациональные режимы работы оборудования;
- выполнять основные расчеты и составлять рабочую проектную и техническую документацию, проектировать и конструировать машины и автоматизированные технологические комплексы пищевых производств;
- совершенствовать и оптимизировать действующее технологическое оборудование на базе системного подхода к анализу качества сырья и требований к конечной продукции;
- подготавливать технические задания на разработку проектных решений, разрабатывать эскизные, технические и рабочие проекты машин;
- оформлять законченные проектно-конструкторские работы с проверкой соответствия разрабатываемых проектов и технической документации стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам;
- проводить расчеты и конструирование типовых узлов технологического оборудования, находить пути модернизации оборудования с целью повышения качества изделий.
Целесообразность издания учебного пособия обусловлена отсутствием аналогичных практикумов, в которых был бы систематизирован такой обширный материал по расчету и конструированию машин и аппаратов пищевых производств, а также необходимостью более широкого использования в учебном процессе активных и интерактивных форм проведения занятий с целью формирования и развития профессиональных навыков студентов.
Учебное пособие состоит из предисловия, методических рекомендаций, введения, 7 глав, заключения, приложений и библиографического списка.
Использование учебного пособия позволит улучшить подготовку высококвалифицированных специалистов и бакалавров для пищевой промышленности. В нем учтены самые последние, современные достижения в области технологических машин и оборудования пищевых производств. Учебное пособие реализует высокоэффективную технологию обучения, ориентированную на активные и интерактивные формы проведения практических занятий в сочетании с внеаудиторной работой студентов. Оно может быть использовано также студентами других специальностей и направлений подготовки.
Учебное пособие представляет обобщение результатов совместной многолетней научно-педагогической деятельности авторов.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
Материал учебного пособия изложен таким образом, что охватывает наиболее типовые и распространенные задачи по расчету и конструированию основных видов технологического оборудования пищевой промышленности. Расчетно-проектные работы объединены в группы по функциональному назначению, что позволяет сократить число разделов.
Компоновка по главам соответствует графику учебного процесса и максимально приближена к полекционному дозированию программного материала. Это обеспечивает более полное раскрытие содержания учебной дисциплины с учетом последних достижений, а также внедрение в учебный процесс активных и интерактивных форм проведения практических занятий, и создает условия для самостоятельной творческой работы студента, сохраняя преемственность знаний.
Предлагаемая последовательность изложения материала формирует научно-техническое мышление, творческое применение полученных знаний в деятельности будущего специалиста и бакалавра. Этому в значительной мере способствует структура глав и перечень контрольных вопросов, что позволяет организовать контроль качества усвоения учебного материала студентами, а им реально оценить свою самостоятельную работу.
Сочетание разработки эскизов конструируемых элементов оборудования и методик расчета основных параметров делает излагаемый материал более доступным для успешного усвоения и формирует творческие способности и навыки.
Приведенные в конце практикума приложения, содержащие необходимые справочные сведения, позволяют выполнять расчеты без помощи специальной литературы.
Студенты приобретают навыки проектирования технологических машин, знакомятся с методологическими аспектами расчета и конструирования оборудования.
ВВЕДЕНИЕ
Стратегическим направлением увеличения производства продуктов питания является развитие прогрессивной технологии, обеспечивающей высокое качество готовой продукции на основе внедрения новой конкурентоспособной техники, способствующей экономии исходного сырья, энергии, материалов.
Создание и применение в промышленности современной, высокоэффективной техники, прогрессивной технологии и материалов, повышающих производительность, улучшающих условия работы, обеспечивающих ресурсосбережение, а также направленных на охрану окружающей среды, является главной задачей развития машиностроения.
В связи с ростом производства продуктов питания вопросы интенсификации и повышения экономичности обработки пищевого сырья, получения научно обоснованных исходных данных для проектирования и расчета оборудования становятся еще актуальнее.
Значительный удельный вес физически и морально устаревших машин на пищевых предприятиях, необходимость их коренного обновления обусловливают потребность в специалистах и бакалаврах, способных рассчитывать и проектировать прогрессивное конкурентоспособное оборудование, основанное на использовании новых технологий, получении готового продукта высокого качества и повышении технического уровня производства. Применение методов рационального проектирования технологического оборудования с использованием стандартных программных средств позволит в значительной степени автоматизировать процесс расчета и конструирования машин и аппаратов и выбрать наиболее оптимальный вариант предлагаемых решений.
Авторы постоянно консультировались между собой, что позволило выработать согласованную и логичную последовательность глав, единый подход в изложении материала практикума.
Авторы будут признательны всем читателям за критические замечания, которые будут учтены. Все пожелания просим направлять по адресу: 394036, Воронеж, пр. Революции, 19, Воронежский государственный университет инженерных технологий.
Глава 1. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ И ЕГО ЭЛЕМЕНТОВ