Контрольные вопросы

1. Как влияет упругость опор вала мешалки на его виброустойчивость?

2. В чем заключаются особенности расчета валов переменного сечения?

3. В чем состоит расчет вала на жесткость?

4. Каковы особенности расчета вертикального вала мешалки на прочность?

5. В чем состоит расчет колец жесткости, подкрепляющих цилиндрическую обечайку корпуса вертикального аппарата работающего под вакуумом?

6. Каково условие устойчивости обечайки, подкрепленной кольцами жесткости?

Таблица 5.9

Варианты индивидуальных заданий

№ Номер варианта	Диаметр аппарата D, мм	Длина обечайки l, мм	Остаточное давление pост, МПа	Масса крышки с приводом m, кг
1	1600	2200	0,01	1000
2	1600	2250	0,01	1000
3	1600	2300	0,01	1000
4	1600	2350	0,01	1000
5	1600	2400	0,01	1000
6	1650	2400	0,02	1020
7	1650	2450	0,02	1020
8	1650	2500	0,02	1020
9	1650	2550	0,02	1020
10	1650	2600	0,02	1020
11	1700	2600	0,01	1050
12	1700	2650	0,01	1050
13	1700	2700	0,01	1050
14	1700	2750	0,01	1050
15	1700	2800	0,01	1050
16	1750	2800	0,02	1100
17	1750	2850	0,02	1100
18	1750	2900	0,02	1100
19	1750	2950	0,02	1100
20	1750	3000	0,02	1100

Г л а в а 6. Поршневые машины

§ 1. Теоретическая часть

К поршневым машинам относятся те, в которых рабочим органом является поршень, совершающий возвратно-поступательное движение. Наиболее распространенные виды этого оборудования в пищевой промышленности – плунжерные гомогенизаторы, используемые для тонкого измельчения и дробления продукта; поршневые насосы и дозаторы; компрессоры; шприц-машины и т.п.

На рис. 6.1 изображен одноступенчатый четырехцилиндровый компрессор. Он относится к блок-картерным, прямоточным, бескрейцкопфным компрессорам с водяным охлаждением цилиндров. В расточках цилиндров установлены съемные гильзы из чугуна.

В цилиндрах компрессора расположены поршни, совершающие возвратно-поступательное движение за счет преобразования вращательного движения коленчатого вала. На шатунных шейках вала крепят шатуны, соединяющие коленчатый вал с поршнями. Для подвижного соединения шатуна с поршнем служит поршневой палец. Коленчатый вал – двухопорный, двухколенный вал, с углом развала колен 180^о. Сальник и шатунные подшипники смазываются маслом под давлением из циркуляционной системы смазки. Циркуляционный шестеренный насос, установленный под передней крышкой картера, приводится во вращение от шестерни, закрепленной на коленчатом валу. В системе смазки установлены фильтры тонкой и грубой очистки масла.

Поршневое уплотнение, поршневой палец и коренные подшипники смазываются разбрызгиваемым маслом. Привод компрессора осуществляется непосредственно от электродвигателя через муфту.

Ответственным этапом проектирования компрессоров является их динамический расчет, цель которого – определение значения и направления сил, действующих на рассчитываемые детали.

Важной частью поршневых компрессоров является кривошипно-шатунный механизм, состоящий из коленчатого вала, шатунов, поршневых пальцев, поршней.

Рис. 6.1. Компрессор: 1 – корпус; 2 – проходной поршень;

3 – поршневой палец; 4 – плунжер; 5 – масляный фильтр грубой очистки; 6 – коренной подшипник качения; 7 – зубчатое колесо;

8 – противовесы; 9 – крышка нагнетательного клапана;

10 – пластины; 11 – нагнетательный клапан; 12 – сальник

Рис. 6.2. Гомогенизатор: 1 – корпус; 2 – кривошипно-шатунный механизм; 3 – шатун; 4 – система охлаждения; 5, 11 – шкивы;

6 – крышка; 7 – опорная плита; 8 – опоры;

9 – коленчатый вал; 10 – подшипник;

12 – электродвигатель

Другим видом поршневых машин, получившим наибольшее распространение в пищевой промышленности, являются плунжерные гомогенизаторы, предназначенные для тонкодисперсного измельчения обрабатываемого сырья путем пропускания через кольцевую узкую (0,05…2,5 мм) щель между клапаном и седлом в гомогенизирующей головке под большим давлением 5…25 МПа (рис. 6.2).

Гомогенизатор А1-ОГМ-15 (рис. 6.2.) состоит из станины, корпуса, кривошипно-шатунного механизма, привода, плунжерного блока, двухступенчатой гомогенизирующей головки, манометрического устройства, предохранительного клапана, систем смазки и охлаждения, насоса для подачи продукта.

Внутри станины помещают электродвигатель с клиноременной передачей, патрубки для подвода и отвода охлаждающей воды, патрубок с краном для спуска масла. В корпусе расположены кривошипно-шатунный механизм, направляющие для ползунов, змеевики системы охлаждения, сетчатый фильтр грубой очистки масла. К нему крепится плунжерный блок.

Кривошипно-шатунный механизм (рис. 6.3) включает в себя коленчатый вал, шатуны, ползуны с крепящимися к ним плунжерами.

Рис. 6.3. Кривошипно-шатунный механизм:

1 – коленчатый вал; 2 – шатун; 3 – ползун; 4 – плунжер;

5 – палец

Эти детали воспринимают на себя основные нагрузки и являются наиболее ответственными в гомогенизаторе. На кривошипно-шатунный механизм действуют следующие силы: при возвратно-поступательном движении – давление нагнетания, силы инерции движущихся масс и силы трения; при вращательном движении – касательные силы, возникающие на пальце кривошипа от действия суммарных сил возвратно-поступательного движения и центробежные – от инерции вращающихся масс и трения при вращении деталей механизма. В зависимости от угла поворота коленчатого вала эти силы меняются по величине и направлению, хотя линия действия их совпадает с осью плунжера.

Суммарная сила, действующая в направлении оси цилиндра,

R_ = P+F_ин + R_тр = (p_к F_к - р_вF_в) + F_ин +R_тр , (6.1)

где – сила от давления среды, действующей на поршень, Н; р_к и р_в – давление поршня соответственно со стороны крышки цилиндра и вала, Па; F_к и F_в – площадь поршня и вала, м²; F_mt – сила инерции поступательно движущихся частей, Н; R_тp – сила трения поршня, Н.

Давление между поршневой головкой шатуна и втулкой (рис. 6.4.)

(6.2)

где Δ_max – натяг при насадке втулки в головку, м; α_вт , α_г – коэффициенты линейного расширения материалов втулки и головки, К^-1; Т_г – температура нагрева головки, К; μ – коэффициент Пуассона; d, d_вт – соответственно наружный и внутренний диаметр втулки, м; Е₁ , Е₂ – модули упругости материалов втулки и шатуна.

Рис. 6.4. Расчетная схема и основные размеры шатуна

Суммарное напряжение рассчитывают по эмпирической формуле

, (6.3)

где I_x – момент инерции среднего сечения шатуна относительно оси XX (рис 6.4), м⁴ ; l – расстояние между центрами отверстий в головках шатуна, м; f_ср – площадь среднего сечения шатуна, м².