Расчетно-практическая работа № 3. Расчёт этикетировочной машины

Цель работы: изучение классификации этикетировочных машин, их конструкций и принципа работы; выполнение расчета этикетировочного автомата.

Расчетная часть

Выполнить расчет этикетировочной машины, если заданы: Q – производительность, бут./ч; (ω_ш – угловая скорость вращения шнека, рад/с; D₃ – диаметр ведущего ролика, м; D_бут – диаметр бутылки, м; D_б – диаметр вакуумного барабана, м.

Угловая скорость вращения вакуумного барабана ω_б, рад/с,

где Q – производительность, бут./ч; и – количество сегментов этикетопереносчиков, шт. (и = 6 шт.).

Скорость перемещения бутылок шнеком V_ш, м/с,

где t – шаг шнека, м (принимается равным диаметру бутылок); ω_ш – угловая скорость вращения шнека, рад/с.

Скорость движения пластинчатого транспортера v_mр, м/с,

где k – коэффициент, учитывающий проскальзывание бутылок на транспортере (k = 1,2...1,3).

Угловая скорость вращения ведущего ролика накатного транспортера определяется из условия равенства линейных скоростей накатного транспортера и качения бутылки по резиновой подушке ω₁, рад/с,

где D_б и D₃ – диаметр барабана и ведущего ролика, м.

Угловая скорость намазного ролика должна соответствовать угловой скорости вакуумного барабана для обеспечения оптимальных условий нанесения клея на этикетку. Угловая скорость вращения ролика ω_р, рад/с,

где D_н.р – диаметр намазного ролика, м (D_н.р = 0,040 м).

Определение расхода мощности. Расчет энергии, потребляемой линейной этикетировочной машиной типа ВЭМ, сводится к определению всех затрат мощности, необходимых для привода каждого механизма:

где N_м ,N_п, N_н, N_к, N_б, N_тр – соответственно мощность, необходимая для привода механизмов качания магазинов, механизмов перемещения магазинов, накатного транспортера, клеевого механизма, вакуумного барабана, эластичного транспортера.

Мощность, необходимая для привода механизмов качания этикетных магазинов N_м, кВт,

где N_м1 – мощность, необходимая для привода кулачковых механизмов, кВт,

здесь F₁ – усилие на ролике, Н (F₁ = 45 Н); r₁ – расстояние от точки приложения силы до оси рычага, м (r₁ = 0,018 м); ω_к – угловая скорость вращения кулачка, рад/с; N_м2 – мощность, необходимая на преодоление трения ролика, кВт,

здесь f – коэффициент трения скольжения стали по бронзе (f = = 0,8); r_п, r_к и r_р – соответственно радиусы пальца, кулачка и ролика, м (r_п = 0,004 м, r_к = 0,030 м и r_р = 0,006 м).

Мощность, расходуемая на перемещение магазинов, включает мощности, необходимые для привода механизмов качания рычага, перемещения плиты и кассеты (в расчете примите N_п = = 0,2 кВт).

Мощность, необходимая для привода накатного транспортера N_н, кВт,

где N_н1 – мощность, расходуемая на трение скольжения бутылки по резиновой подушке, кВт; N_н2 – мощность, расходуемая на скольжение бутылки по накатным ремням, кВт; N_н3 – мощность, расходуемая на преодоление различных сопротивлений, кВт.

На накатной транспортер бутылки поступают с шагом t.

При длине транспортера L на нем одновременно находится количество бутылок, шт.,

К = L / t.

Скольжение бутылки по резиновой подушке происходит при увеличении длины опорной плоскости подушки на l = l_acb - l_ab (рис. 2, а). С усилием q, Н, бутылка вдавливается в подушку на половину своего диаметра (обычно q = 600...800 Н в зависимости от вместимости бутылки).

Увеличение длины l, м, опорной поверхности подушки при погружении в нее бутылки

а б

Рис. 2. Схема для расчета мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления движению бутылки по резиновой подушке (а), движению бутылки по накатным ремням (б)

Скорость скольжения бутылки по транспортеру, м/с,

где v_тр – скорость движения пластинчатого транспортера, м/с.

Мощность на преодоление сопротивления сил упругости подушки одной бутылкой, кВт,

где Р – усилие перемещения бутылки вдоль транспортера, Н,

где f_c = 0,4 – коэффициент трения скольжения стекла по резине; q – усилие, с которым бутылка вдавливается в подушку на половину своего диаметра (обычно q = 600...800 Н, зависит от вместимости бутылки), Н.

Окончательный расход мощности, кВт, на преодоление сопротивления сил упругости подушки бутылками

Резина накатных ремней деформируется под давлением бутылки на глубину h = 0,003 м.

Увеличение длины опорной плоскости ремня, м,

где R_бут – радиус цилиндрической части бутылки (R_бут = D_бут/2), м; α – половина угла контакта, рад.

Скорость скольжения бутыли по ремням, м/с,

Мощность на преодоление сопротивления бутылок движению ремней, кВт,

где k₁ – коэффициент запаса (k1 = 1,05...1,08).

Для расчета мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивлений поддерживающих, направляющих и ведущего роликов, а так же потерь мощности на изгиб ремней разбиваем трассу накатного транспортера на участки (рис. 3).

Рис. 3. Схема для расчета мощности, затрачиваемой на преодоление

сопротивления движению накатного транспортера

Принимаем натяжение в точке 1, равным S₁ = 180 Н. Тогда натяжение ремней в точке 2

где W_1-2 – сопротивление на участке 1-2;

здесь т – количество поддерживающих роликов (т = 6); f₃ = = 0,05 м – коэффициент трения качения ролика; f₁ – коэффициент трения качения (для шарикоподшипников f₁ = 0,05...0,01 м); f₂ – коэффициент трения скольжения для ленты (f₂ = 0,05); d_ц – диаметр цапфы, м (d_ц = 0,05 м); D_тр.р – диаметр ролика транспортера, м (D_тp.p = 0,022 м).

Сопротивление на участке 2 – 3 складывается из потерь на изгиб ремней

где с – безразмерный коэффициент (для резиновых ремней с = 0,5); δ – толщина ремней, м (δ = 0,014 м); R – радиус направляющего ролика, м (R = 0,02 м); z – показатель степени (для резиновых лент z =1,3); f₄ – коэффициент трения качения (для роликов с шарикоподшипниками f₄ = 0,025 м); d_o.p – диаметр оси ролика, м (d_o.p= 0,005 м); D₂ – диаметр направляющего ролика, м (D₂ = = 0,06 м); τ_o – допустимое напряжение, МПа (для резиновых ремней τ_o = 0,8 МПа); В – общая ширина ремней (В = 0,075 м); α = 160...170° – угол охвата. Натяжение в точке 3

Сопротивление на участке 3 – 4 равно нулю, следовательно

S₄ = S₃.

Окружное усилие на ведущем ролике

где S₄ – натяжение в точке 4; W_4-1 – сопротивление на участке 4 – 1

Мощность, необходимая для преодоления сопротивлений придвижении накатного транспортера, кВт,

где v_в.р – окружная скорость ведущего ролика, м/с,

где D₃ – диаметр ведущего ролика, м.

Определение мощности, необходимой для привода клеевой ванны. Мощность, затрачиваемая клеевым механизмом, кВт,

где N_к1 – мощность, необходимая для привода кулачка, кВт,

где F_p – усилие на ролике, Н (F_p = 200 Н); r_кул – плечо силы F_p относительно оси кулачка, м (r_кул = 0,026 м); ω_к – угловая скорость вращения кулачка, рад/с.

Потери мощности на трение в ролике, кВт,

где f₅ – коэффициент трения скольжения (f₅ = 0,08 при трении бронзы по стали); r_п – радиус пальца ролика, м (r_п = 0,004 м); r_к – минимальный радиус кулачка, м (r_к = 0,034 м); r_р – радиус ролика, м (r_p = 0,006 м).

Мощность, кВт, затрачиваемая на вращение клеевого и намазного роликов, зависит от консистенции клея:

где F_кл – сопротивление клея, Н (F_кл = 25 Н); r_кp – радиус клеевого ролика, м (r_кp = 0,034 м); ω_р – угловая скорость вращения ролика, рад/с.

Определение расхода мощности на вращение вакуумного барабана. Мощность, необходимая для привода вакуумного барабана N_б, кВт,

где η_п.с = 0,95 – КПД подшипника скольжения; N_б1 – мощность, расходуемая на преодоление трения в упорном шарикоподшипнике, воспринимающем нагрузку всех вращающихся частей, кВт,

здесь F_подш – нагрузка на подшипники, Н (F_подш = 150 Н); f₆ = 0,01 приведенный коэффициент трения скольжения; r_д.з – радиус диска золотникового устройства, м (r_д.з = 0,014 м); ω_б – угловая скорость вращения вакуумного барабана, рад/с; N_б2 – мощность, затрачиваемая на преодоление трения трубы о неподвижный диск золотникового устройства, кВт,

где f₇ – коэффициент трения скольжения (f₇ = 0,097 при трении чугуна по бронзе); d_п.н – наружный диаметр опорного кольца подшипника, м (d_п.н = 0,10 м); d_n.в – внутренний диаметр опорного кольца подшипника, м (d_п.в = 0,04 м); N_б3 – мощность, расходуемая на преодоление трения подвижного диска о неподвижный, кВт,

здесь d_з.н – наружный диаметр золотника, м (d_з.н = 0,05 м); d_з.в – внутренний диаметр золотника, м (d_з.в = 0,03 м).

Мощность, необходимая для привода пластинчатого транспортера, кВт,

где Р_mp – окружное усилие на ведущей звездочке транспортера, Н (Р_тр = 1250 Н); η_тр = 0,78...0,84 – КПД привода транспортера.

Задание. Определить согласно варианту, указанному в табл. 6, оптимальные условия при укупоривании стеклянных бутылок кронен-пробками с полихлоридными прокладками, если максимальная величина силы сжатия прокладки Q_м, Н, избыточное давление в стеклянной бутылке Р_б, Па, средний диаметр контактной поверхности горла бутылки с прокладкой d_ср = 0,0202 м, сила сжатия прокладки, при которой начинается разгерметизация. Q₂, Н, число зубчиков кронен-пробки z = 21. Сила, действующая на дно бутылки, R, Н, сила сжатия бутылки, действующая вдоль оси и вызывающая бой бутылки, R_р, Н, составляющая сила, действующая на один зубчик кронен-пробки. S₂, Н, сила, действующая на венчик горлышка бутылки от одного зубчика колпачка, при которой появляется скол горлышка, S_с, Н.

Таблица 6

Вариант	Рб, Па	Сила, Н
		Qм	Q2	R	Rр	S2	Sс
1	350000	2000	100	1900	13000	10	300
2	350100	2100	120	2000	13200	12	320
3	350200	2150	140	2050	13400	14	340
4	350300	2200	160	2100	13600	16	360
5	350400	2250	180	2150	13800	18	380
6	350500	2300	200	2200	14000	20	400
7	350600	2350	220	2250	14200	22	420
8	350700	2400	240	2300	14400	24	440
9	350800	2450	280	2350	14600	26	460
0	350900	2500	300	2400	14800	28	480

Контрольные вопросы

1. Для чего предназначены этикетировочные автоматы?

2. Какова классификация этикетировочных автоматов?

3. Какие основные конструктивные элементы характерны для всех этикетировочных автоматов?

4. Какие виды блокировки имеются на этикетировочных автоматах?

5. Из каких основных составляющих складывается мощность привода этикетировочных автоматов?

6. Каковы устройство и принцип действия этикетировочного автомата?

7. Каковы основные направления совершенствования конструкции этикетировочных автоматов?