Практическая работа № 2 Расчет разливочной машины

Цель работы: изучение теоретических основ процесса дозирования пищевых жидкостей; знакомство с классификацией разливочных автоматов, их конструкциями и принципом работы; выполнение расчета разливочного автомата.

Расчетная часть

Выполнить расчет разливочного автомата, если заданы: z – количество наполнительных устройств, шт.; n – частота вращения карусели, мин.^-1; ψ – коэффициент использования рабочих позиций разливочных устройств; µ – коэффициент расхода, характеризующий сопротивление сливного тракта и физические свойства разливаемой жидкости; f_oтв. – площадь поверхности выходного отверстия наполнителя, м²; Н – высота столба жидкости в дозировочном стакане, м; z₁ – число подъемных столиков, одновременно перемещающихся по горизонтальному участку копира, шт.; G₁ – усилие сжатой пружины, Н; G₂ – сила тяжести штока, столика с подшипником, роликом и порожней бутылки, Н; G₃ – сила тяжести штока, подшипника, ролика и бутылкой, наполненной жидкостью, Н; G₄ – сила тяжести главного вала с прикрепленными к нему деталями, Н; D – диаметр шарикоподшипника, м; D_ш – диаметр окружности по центрам шариков подшипника, м.

Теоретическая производительность разливочного автомата, бут./с,

где z – количество наполнительных приборов (разливочных устройств); n – частота вращения карусели, c^-1; ω – угловая скоростькарусели, рад/с.

Длительность одного оборота карусели, с,

Расчетная производительность П_р, бут./с,

где z_н – количество приборов (подъемных столиков), одновременно работающих на наполнение бутылок; τ_н – время наполнения бутылки жидкостью, с.

где ψ = z_н/z – коэффициент использования рабочих позиций разливочных устройств, равный отношению количества приборов, одновременно работающих на наполнение, к общему количеству приборов на карусели (ψ = 0,3...0,6).

Время наполнения бутылки жидкостью, с,

где Q – объем жидкости в стакане дозатора, м³ (Q = 5∙10^-4 м³); µ – коэффициент расхода, характеризующий сопротивление сливного тракта и физические свойства разливаемой жидкости (µ = 0,4...0,7); f_отв – площадь выходного отверстия наполнителя, м²; g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения; Н – высота столба жидкости в дозировочном стакане, м.

Время τ_н является важнейшим параметром разливочных машин и зависит от метода розлива и принципа дозирования жидкости. Производительность разливочной машины является функцией времени наполнения бутылки жидкостью, равного времени опорожнения мерного стакана дозатора.

Фактическая производительность П_ф, бут./с,

где λ – коэффициент запаса, учитывающий неточное определение и изменение τ_н при фасовке пищевых жидкостей (λ = 1,4).

Коэффициент использования технической мощности разливочного автомата

При расчете разливочных автоматов необходимым элементом проектирования является определение следующих условий: неопрокидывание и несоскальзывание бутылок, находящихся на подъемном столике вращающейся карусели. При этом рассматривается два варианта: для порожней и наполненной бутылки.

Условие неопрокидывания бутылок

Условие несоскальзывания бутылок с подъемного стола

где F_цб – центробежная сила, действующая на бутылку, Н; h – высота центра тяжести бутылки, м (h = 0,095 м),

где ω – угловая скорость вращения карусели, рад/с; R – радиус окружности по центрам подъемных столиков, м; (R = 0,28 м); m – масса бутылки, наполненной жидкостью, кг,

где m_б – масса пустой бутылки, кг (m_б = 0,45 кг); m_ж – масса жидкости, наполняющей бутылку, кг (m_ж = 0,500 ± 0,035 кг); G_б – вес бутылки, Н (G_б = mg); g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения; f_тp – коэффициент трения скольжения стеклянной бутылки о материал столика (f_тp = 0,1).

Энергия, расходуемая разливочным автоматом, затрачивается на перекатывание роликов подъемных столиков по копиру и вращение карусели автомата.

Сопротивление Р₁ от перекатывания роликов по горизонтальному участку копира, Н,

где z₁ – число подъемных столиков, одновременно перемещающихся по горизонтальному участку копира; G₁ – усилие сжатой пружины, Н; G₂ – сила тяжести штока, столика с подшипником, роликом и порожней бутылкой, Н; k – коэффициент трения качения шарикоподшипника ролика, м; k = 0,005 м; f – условный коэффициент трения скольжения подшипника (f = 0,15); D – диаметр окружности по центрам шариков подшипника, м; D_ш – диаметр шарикоподшипника, м.

Сопротивление Р₂ на участке подъема штока с учетом угла подъема копира, Н,

где G₃ – сила тяжести штока, подшипника, ролика и наполненной бутылки, Н; α – угол подъема профиля копира, град, α =45°.

Сопротивлением движению ролика на участке копира с опусканием штока можно пренебречь. Суммарное сопротивление Р движению всех роликов, одновременно находящихся в контакте с копиром, Н,

Мощность N₁ ,кВт, расходуемая на перекатывание роликов по копиру

где σ – линейная скорость перемещения столиков, м/с (σ = ωR).

Мощность N₂, кВт, расходуемая на вращение карусели без учета сопротивления роликов

где G₄ – сила тяжести главного вала с прикрепленными к нему деталями, Н; f_в – условный коэффициент трения скольжения подшипника (f_в = 0,1); d₁ – диаметр окружности по центрам шариков упорного подшипника главного вала, м (d₁ = d); ω – угловая скорость вращения главного вала, рад/с.

Суммарная мощность N на главном валу разливочного автомата, кВт,

где η_к – КПД подшипников качения (η_к = 0,98).

Мощность электродвигателя привода разливочного автомата N_дв, кВт,

где К – коэффициент пуска (К = 1,15); η_пр – КПД привода (η_пр = 0,8).

Задание. Рассчитать согласно варианту, указанному в табл. 4, параметры работы разливочной машины производительностью М_б = 6000 бут/ч при фасовании негазированных напитков в стеклянные бутылки вместимостью V_б = 0,5 дм³. Среднее давление жидкости в баке и сливной трубке ∆Р, МПа, шаг установки подъемных столиков по окружности t, м. Внутренний диаметр горлышка стандартной бутылки d_б = 0,016 м. Коэффициент расхода сливного канала φ. Высота напора жидкости Н, м вод. ст., внутренний диаметр сливной трубки d_вн.тр., м, плотность жидкости ρ = 1030 кг/м³. Общая продолжительность операций наполнения бутылки τ_общ., с, включая подъем бутылки к наполнительному устройству и ее опускание, а турникетная группа состоит из q_с = 3 подъемных столиков.

Таблица 4

Вариант	∆Р, МПа	t, м	φ	Н, м вод. ст.	dвн.тр., м	τобщ., с
1	1500	0,06	0,50	0,1500	0,0096	7,6
2	1550	0,07	0,51	0,1534	0,0097	7,7
3	1560	0,08	0,52	0,1545	0,0098	7,8
4	1570	0,09	0,53	0,1553	0,0099	7,9
5	1580	0,10	0,54	0,1565	0,010	8,0
6	1590	0,11	0,55	0,1575	0,011	8,1
7	1600	0,12	0,56	0,1582	0,012	8,2
8	1610	0,13	0,57	0,1595	0,013	8,3
9	1620	0,14	0,58	0,1604	0,014	8,4
0	1630	0,15	0,59	0,1611	0,015	8,5

Контрольные вопросы

1. Для чего предназначены разливочные автоматы и какие пищевые жидкости разливают в стеклянные бутылки?

2. Какова классификация разливочных автоматов?

3. Чем характеризуются методы розлива пищевых жидкостей?

4. Что такое модуль разливочных машин?

5. Какие основные конструктивные элементы характерны для всех разливочных автоматов?

6. Что называется кинематическим, рабочим и технологическим циклами автомата?

7. Чем отличаются автоматы, дозирующие жидкости по объему и по уровню?