3 Расчетная часть

Расчёт включает следующие разделы:

- расчет производительности,

- энергетический расчет.

При расчёте следует учитывать ряд особенностей шнекового нагнетателя, который обычно работает непрерывно, а отбор отмеренных тестовых масс осуществляется периодически. В таком случае в рабочей и мерной камерах делителя давление изменяется по синусоиде от максимума в момент отсутствия отбора до минимума в момент наполнения мерной камеры.

Рисунок 3.1 – Схема шнекового нагнетателя и эпюра давления

D и d – диаметры шнека и его вала;

L – длина рабочей части нагнетателя;

p₀ и p_р – начальное и конечное давление;

t – шаг шнека;

δ– толщина шнека.

Давление на винтовую лопасть шнека перед каждой лопастью меньше, а за нейбольше среднего значения, которое в камере прессования изменяется по закону, близкому к линейному (рисунок 3.1).

В тестоделительных машинах со шнековым нагнетателем теста одним из основных рабочих органов является шнек, размеры которого, исходя из опытных данных, следует принимать в таких пределах: диаметр 150…250 мм, шаг 120…200 мм, частота вращения 0,5…1,34 с^-1 (в зависимости от вида перерабатываемого теста). Cредняя плотность теста кг/м³, коэффициент подачи теста ψ=0,3, угол трения ржаного теста φ=25º;f=0,463.

При расчете шнекового нагнетателя для ржаного теста примем следующие данные:

диаметр шнека D =0,2 м;

диаметры вала шнека d =0,05 м;

шаг шнека t =0,19 м;

по паспорту частота вращения n =960 об/мин; мощность N=3кВт;

число рабочих шагов m =2,5;

толщина лопасти шнека δ=0,005 м;

давление в рабочей камере p=0,8·10⁵ Па.

Для упрощения расчётов предположим, что нагнетающий шнек имеет плоскую винтовую поверхность со средним углом подъёма винтовой линии . Поскольку осевое перемещение частиц материала по высоте перашнека будет неодинаковым, то это следует учесть коэффициентом отставания_.

Определим средний угол подъёма винта шнека:

,

.

3.1 Расчет производительности

Задача расчёта – определить производительность тестоделителя.

Исходные данные:

Масса заготовки m=0,4 кг

Производительность штучная 80 шт/мин

Массовая производительность тестоделительных машин определяется производительностью делительных органов машины:

, (3.1)

где W_n=1 – число одновременно получаемых заготовок, шт;

q₃=0,4 – максимальная масса заготовки;

Т_р – период рабочего цикла;

, (3.2)

где z_k =2 – число мерных карманов делительного механизма;

n – частота вращения делительной головки, принимаем n= 25 об/мин.

Подставим значение частоты вращения делительной головки в формулу (3.2) и определим период рабочего цикла:

Из формулы (3.1) определим производительность тестоделителя:

.

Штучная производительность находится по формуле (3.3):

П_шт=П/q₃ (3.3)

П_шт=1728/0,4=4320 (шт/час).

П_шт=72 (шт/мин).

3.2 Энергетический расчет

Для проведения энергетического расчета тестоделительной машины необходимо определить приводную мощность и выбрать электродвигатель.

Расчет приводной мощности.

Приводная мощность с учетом КПД подшипников и привода рассчитывается по формуле:

, (3.4)

где N_дг –мощность на валу делительной головки, кВт;

N_ш – мощность на валу шнека, кВт;

η_общ – коэффициент полезного действия привода.

, (3.5)

где w – угловая скорость шнека, рад/сек;

М_кр – крутящий момент на валу шнека, Н·м;

x – количество шнеков, шт(х=2);

η₁ и η₂ – кпд подшипников и привода.

Крутящий момент на валу шнека:

М_кр=0,131·m·(1-k₀)·p_max·(D³-d³)tgα_ср, (3.6)

где m – число рабочих шагов, шт;

k₀ – коэффициент отстаивания;

p_max – максимальное давление, Па;

D и d – диаметры шнека и его вала, м;

α_ср – средний угол подъема винтовой линии нагнетающего шнека,º.

М_кр= 0,131·2,5·0,437·0,8·10⁵·(0,2³-0,05³) tg35º=63,12Н·м,

Угловая скорость шнека, рад/сек:

w=π·n_ш/30. (3.7)

Частота оборотов шнека, об/мин:

n_ш=n_дв/u_p.п.1·u_p.п.2·u_з.п.1·u_з, (3.8)

где n_дв – частота оборотов электродвигателя, об/мин, по паспорту 960 об/мин;

u_p.п.1 – передаточное отношение нижней ременной передачи;

u_p.п.2 – передаточное отношение верхней ременной передачи;

u_з.п.1 – передаточное отношение нижней зубчатой передачи;

u_з.п.2 – передаточное отношение верхней зубчатой передачи.

Передаточное отношение нижней ременной передачи рассчитываем по формуле:

u_p.п.1=d_{2 р.п.}/d_{1 р.п.}, (3.9)

где d_1р.п. - диаметр ведущего шкива нижней клиноременной передачи;

d_{2 р.п.} – диаметр ведомого шкива нижней клиноременной передачи.

Из формулы (3.9) получим:

u_p.п.1=330/130=2,54.

Передаточное отношение верхней ременной передачи рассчитываем по формуле:

u_p.п.2= d_{3 р.п.}/d _{2 р.п.}, (3.10)

где d_{3 р.п.} – диаметр ведущего вала нижней клиноременной передачи;

d _{2 р.п.} – диаметр ведомого шкива нижней клиноременной передачи.

Из формулы (3.10) получим:

u_p.п.1=130/330=0,39.

Передаточное отношение нижней зубчатой передачи рассчитаем по формуле (3.11):

u_{з.п. 1}= d_{2 з.п.}/d _{1 з.п.}, (3.11)

где d_{2 з.п.} – диаметр колеса нижней зубчатой передачи, м;

d _{1 з.п.} – диаметр нижней шестерни зубчатой передачи, м.

Из формулы (3.11) получим:

u_з.п.1=170/55,7=3,05.

Передаточное отношение верхней зубчатой передачи найдем из формулы (3.12):

u_з.п.2=d_{3 з.п.}/d_{2 з.п.}, (3.12)

где d_{3 з.п.} – диаметр ведущего вала верхней зубчатой передачи, м;

d_{2 з.п.} – диаметр ведомого вала верхней зубчатой передачи, м.

Из формулы (3.12) имеем:

u₂=155/170=0,9.

Тогда подставив в формулу (3.8) получим:

n_ш =960/(2,54·0,39·3,05·0,9)=353 об/мин.

Найдем угловую скорость шнека из формулы (3.7):

w=3,14·353/30=36,94 рад/с.

Мощность на валу шнека получим из формулы (3.5):

N_ш=(36,94·63,12·2)/(0,94·0,96)=2,92 кВт.

Мощность на валу делительной головки рассчитывается по формуле (3.13):

(3.13)

где М _{кр дг} – крутящий момент на валу делительной головки, Н·м;

w_дг – угловая скорость вала делительной головки, рад/сек.

По формуле (3.14) рассчитаем угловую скорость вала делительной головки:

(3.14)

где п_дг – частота оборотов делительной головки, об/мин (п_дг=80 об/мин).

.

Крутящий момент на валу делительной головки находится по формуле (3.15):

M_{кр дг}=2·π·R·δ_Т(L+2/3·π·R²), (3.15)

где R – радиус цилиндра головки, м;

L – ширина головки, м;

δ_Т – напряжение сдвига теста, Н/м²(δ_Т =3000Н/м²).

Коэффициент полезного действия привода рассчитывается по формуле (3.16):

η_общ =η_р.п.·η _з.п.1·η_з.п.2·η_ч.р, (3.16)

где η_р.п. – кпд ременной передачи;

η _з.п.1 – кпд первой зубчатой передачи;

η_з.п.2 – кпд второй зубчатой передачи;

η_ч.р – кпд червячного редуктора.

η_общ= 0,95·0,99²·0,8=0,75

М_{кр дг}=2·3,14·0,14·3000(0,29+2/3·3,14·0,14²)=108,22 Н·м.

N _дг=8,37·108,22=0,81 кВт.

N_дв =2,92+0,81/0,75=4 кВт.

По полученной мощности подбираем двигатель: переменного тока трехфазный асинхронный электродвигатель АМУ132S6, промышленного назначения, закрытый, с асинхронной частотой вращения 980 об/мин, с параметрами N_дв=3кВТ.

Список используемой литературы:

1. Хромеенков В. М. Оборудование хлебопекарного производства \ Хромеенков В. М.– М.: ИРПО; Изд. центр «Академия», 2000.- 320 с.

2. Лисовенко А. Т. Технологическое оборудование хлебозаводов и пути его совершенствования \ Лисовенко А. Т.. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. – 208 с.