Методичка (Петров-Солдатенко). 8 семестр

61

Мд,пуск ≥ Nд/ωд, Н·м,

яке підтверджує допустимість зробленого вибору.

17.2.5.Висновок з розрахунку.

18.ДОЗАТОРИ

18.1. Розрахунок барабанного дозатора 18.1.1. Мета і завдання розрахунку

Отримання даних для розробки конструкції і геометричних розмірів робочих органів і кінематичних даних приводного пристрою дозатора. Отримання даних для вибору електродвигуна приводного пристрою дозатора.

18.1.2.Схема розрахунку

18.1.3.Початкові дані

Продуктивність - регульована від 0 до 300 кг/годину, мука хлібопекарська, вищий сорт. При вологості борошна W=13…14% об'ємна маса хлібопекарського борошна становить ρ = 550 кг/м3; кут природного

укосу дорівнює φо = 47о.

18.1.4. Розрахунок

З літературних даних випливає, що максимальна частота обертання барабана дозатора не повинна перевищувати nб < 45 хв–1.

Виходячи з конструкції і продуктивності дозатора, задаємося геометричними розмірами барабана. Діаметр барабана – Dб = 0,075 м. Довжина карманів барабана – l = 0,1 м. Число карманів – z = 8. Радіус кармана барабана – r = 0,0135 м.

Продуктивність барабанного дозатора Q визначимо за формулою

Q = 60 F l z nб γ kз , кг/годину, де z – кількість карманів в барабані;

F– площа поперечного перерізу кишені, м2; l – довжина карманів барабана, м;

nб – частота обертання барабана, хв–1; γ – об'ємна маса продукту, кг/м3;

kз - коефіцієнт заповнення робочої зони (kз = 0,8 … 0,9).

Розрахуємо площу поперечного перерізу кармана барабана, профіль перерізу канавки вибираємо залежно від параметрів хлібопекарського борошна у вигляді сегмента, перетин барабана показано на рис. 18.1.

Площа поперечного перерізу кармана визначаємо математичним способом, вона дорівнює сумі площ сегментів з радіусами r і R = D/2.

Визначаємо розміри стрілок h1 і h2, знаючи, що довжини хорд у цих сегментів однакова. Довжина хорди визначається за формулою

c = 2 √(h (2 r − h)),

де h2 = r – h1 .

Підставляємо значення радіусів і стрілок в вищенаведену формулу і проводимо перетворення

2 √(h1 (2 r − h1)) = 2 √(h2 (2 R − h2)); 2 √(h1 (2 r − h1)) = 2 √((r – h1) (2 R –( r – h1))),

62

звідки находим h1, мм, а потім h2 , мм.

Визначимо довжину хорди с, мм. Величини центральних кутів визначаємо з формули c = 2 r sin(α / 2),

arcsin(α1/2) = c /(2 r),

arcsin(α2/2) = c /(2 R),

Довжину дуги відповідних сегментів визначаємо за формулою l = 0,01745 r α,

l1 = 0,01745 r α1 мм,

l2 = 0,01745 R α2 мм. Площу окремих сегментів визначаємо за формулою

F = 0,5 [r l − c (r − h)].

Площу поперечного перерізу кишені визначаємо за формулою

Fс = F1+ F2 = 0,5 [r l1 − c (r – h1)]+ 0,5 [R l2 − c (R – h2)], мм2. Визначаємо частоту обертання валу барабана nб (хв–1), знаючи всі

необхідні параметри і задавшись коефіцієнтом заповнення кишень kз = 0,8.

nб = Q/(60 F l z ρ kз), хв –1.

Привод дозатора виконуємо від моторредуктора. Враховуючи визначену частоту обертання дозатора, знайдем передаточне відношення між электродвигуном і валом дозатора

iдв.д = nдв.д /nд,

де nдв.д – частота обертання електродвигуна моторредуктора (найближча до частоти обертання живильного валика, або 1500 об/хв – найбільше поширена сінхронна частота обертання електродвигунів).

За попереднім передаточним відношенням iдв.д знаходим по довіднику моторредуктор. Треба розглянути декілька типів моторредукторів і вибрати з ближчим передаточним відношенням і з більшим к.к.д. По вибраному моторредуктору уточнюють частоту обертання дозатора.

Приймаємо частоту обертання валу барабана nб , хв –1. Потужність для приводу барабана дозатора Nб (кВт) визначаємо

Nб = 0,0005 p F1 D nб k1 k2 tgφ,

де p – питомий тиск продукту на поверхню барабана, кгс/м2;

F1 – площа горизонтального перерізу горловини бункера над барабаном (площа опорної поверхні стовпа продукту), м2;

D – діаметр барабана, м;

k1 – коефіцієнт, що враховує опір здрібнення продукту (k1 = 1,2…2,0); k2 – коефіцієнт, що враховує втрати на тертя робочих органів

дозатора (k2 = 1,1… 1,2);

φ – кут природного укосу продукту при русі, град. Встановлену потужність приводу Nпр (кВт) визначимо

Nпр = Nд/ηпр.

Крутний момент на вихідному валу моторредуктора Mкр (H·м) визначимо

Mкр = Nпр 30 1000/(π nмд),

63

де Nпр – потужність на вихідному валу, Вт;

nмд – швидкість обертання вихідного вала моторредуктора, об/хв.

18.1.5. Висновок з розрахунку 18.2. Розрахунок тарілчастого дозатора 18.2.1. Мета і завдання розрахунку

Отримання даних для розробки конструкції і геометричних розмірів робочих органів і кінематичних даних приводного пристрою дозатора. Отримання даних для вибору електродвигуна приводного пристрою дозатора.

18.2.2. Початкові дані

Продуктивність - регульована від Qмин до Qмакс кг/годину. При вологості борошна W = 13…14% об'ємна маса хлібопекарського борошна

становить ρ = 550 кг/м3; кут природного укосу дорівнює: у спокої φо = 55о і

в русі φ1 = 0,35· φо = 0,35·55 = 19,25о, коефіцієнт тертя борошна по сталі в спокої f1 = 0,7 і в русі f2 = 0,4.

18.2.3.Схема розрахунку. См. рис.18.2.

18.2.4.Розрахунок

Основним робочим органом тарілчастого дозатора є тарілка (диск), що обертається, з якого продукт скидається скребком, товщина шару регулюється пересувною манжетою, одягненою на вихідний патрубок бункера. Вибираємо схему тарільчатого дозатора, яка представлена на рис.18.2.

Продуктивність дозатора можливо регулювати зміною частоти обертання тарілки, або зміною h висоти підйому манжети над тарілкою, за допомогою гвинтового механізму.

У нашому випадку застосовуємо другий спосіб регулювання продуктивності тарілчастого дозатора. Конструктивно задаємося висотою h

(м) підйому манжети для максимальної продуктивності і радіусом R (м) манжети, відповідно: h =20 мм = 0,02 м і R = 85 мм = 0,085 м.

Визначаємо робочу nр (хв–1) частоту обертання тарілки, знаючи інші параметри

nр = Q·tgφ1/(1000·60· π · h2 ·(R + h/(3·tgφ1)) хв–1. Визначаємо критичну частоту обертання тарілки n (хв-1) і

порівнюємо її з робочою частотою обертання. Робоча частота обертання тарілки повинна бути менше критичної

nкр ≤ 30 √(f/(R+h/tgφ1)) хв-1.

Найбільший радіус обертання частинки R1 (м) визначаємо за формулою

R1 = R + h/tgφ1 м.

Максимальний радіус тарілки R2 (м) визначаємо, приймаючи конструктивний запас = 10 мм.

Тоді

R2 = R1+ Δ, мм.

64

Відстань між центром ваги радіального перетину кільця і віссю обертання, при максимальній продуктивності, визначаємо за формулою

R0 = R + h/(3 tgφ1) м.

Площа поперечного перерізу кільця скидаемого продукту Fo (м2) при максимальній продуктивності дозатора визначається за формулою

Fo = h2/(2 tgφ1) мм.

Швидкість руху матеріалу, що скидається з тарілки vо (м/с), визначаємо

vо = 2 π R0 n/60 м/с.

Визначимо шлях переміщення матеріалу по тарілці L (м) з трикутника ABC, приймаємо конструктивно кут установки скребка β = 30о.

Визначимо шлях переміщення матеріалу по тарілці

L = AC = AB cosβ = (R2 − R) cosβ, м.

Силу тертя P, що виникає при русі продукту по тарілці, визначаємо, при наступних даних: шлях переміщення матеріалу L = 0,0563 м; коефіцієнт тертя матеріалу об тарілку f = 0,7; об'ємна маса матеріалу ρ = 550 кг/м3.

P = Fo L ρ g f, кгс.

Для забезпечення обертання тарілки дозатора і ворушителя з відповідною частотою nр = nвор розробимо кінематичну схему приводу тарілчастого дозатора. Кінематична схема представлена на рис.18.2. В якості приводу застосовуємо електродвигун з частотою обертання n = 1500 хв-1, пасову передачу і редуктор.

Потужність потребную для подолання опору від тертя матеріалу о тарілку N1 (кВт), визначаємо, використовуючи раніше розраховані параметри P и vo

N1 = P vo/102, кВт,

Визначимо потужність для приводу тарілчастого дозатора N (кВт)

N = N1 (1+f2 cosβ) k, кВт,

де β - кут установки скребка відносно площини перерізу кільця матеріалу, град;

f2 – коефіцієнт тертя матеріалу о скребок;

k - коефіцієнт, що враховує інші шкідливі опори (k = 1.5…2.0). Потужність для приводу ворушителя Nв (кВт) визначаємо,

приймаючи на увазі, що замінюємо трапецеїдальні лопаті, плоскими, число умовних лопатей z = 2 шт.; коефіцієнт опору для борошна k2 = 5000; висота

лопаті h1 = 0,04 м; кутова швидкість ворушителя ω = π nр /30 = 3,14 18/ 30 = 1,88 с-1; зовнішній радіус обертання лопатей R5 = 0,25 м; внутрішній радіус обертання лопатей дорівнює половині діаметра валу, на якому жорстко кріпляться тарілка і ворушитель, приймаємо r1 = 0,02 м.

Nв = z k2 ω 3 h1 (R54 - r14)/408, кВт. Загальна потужність на валу тарілчастого дозатора

Nд = N + Nв кВт.

65

Крутний момент від електродвигуна через пасову передачу передається на швидкохідний вал редуктора, а з тихохідного вала редуктора через муфту передається на вал, де жорстко закріплені тарілка і ворушитель. Загальне передавальне число i в нашому випадку складається з добутку передавального числа пасової передачі i1 і передавального числа редуктора i2 і представлено

i = i1 i2 = n/nвор.

Передавальне число редуктора по нормальному ряду приймаємо i2 = 31,5, тоді передавальне число пасової передачі дорівнює

i1 = i /i2. Загальний коефіцієнт корисної дії

η =η1 η2, де η1 – ККД пасової передачі; η1 = 0,95;

η2 – ККД черв'ячного редуктора; η2 = 0,6. Встановлену потужність приводу Nпр (кВт) знайдемо

Nпр = Nд /η , кВт.

Вибираємо для приводу тарілчастого дозатора за довідником електродвигун 4АА56А4У3 ГОСТ19523-74 з потужністю Nэ.д = 0,12 кВт, частотою обертання nэ.д = 1500 хв–1.

Визначаємо крутний момент Mкр (H·м) на вихідному валу редуктора

Mкр = 30 Nэ.д η/(π n), Н·м,

де Nпр – потужність на тихохідному валу редуктора, Вт; n – швидкість обертання вихідного вала редуктора.

За довідником вибираємо універсальний черв'ячний редуктор РЧУ- 63-31,5-4-1 ГОСТ 13563-68, крутний момент на вихідному валу редуктора Мкр =100 Н·м. Як видно з розрахунків, вибраний редуктор задовольняє поставленим умовам.

18.2.5. Висновок з розрахунку 18.3. Розрахунок шнекового дозатора 18.3.1. Мета і завдання розрахунку

Отримання даних для розробки конструкції і геометричних розмірів робочих органів і кінематичних даних приводного пристрою дозатора. Отримання даних для вибору електродвигуна приводного пристрою дозатора.

18.3.2.Початкові дані

18.3.3.Схема розрахунку

Розглянемо попередньо складену кінематичну схему шнекового дозатора рис. 18.3. Від електродвигуна рух передається через редуктор 2 і муфту 3 на вал дозатора 4. На валу 4 знаходиться дозуючий шнек 5. Вал 4 зі шнеком 5 розташовані в підшипниках корпусу 6. Над корпусом 6 змонтовано бункер 7 з продуктом. Також в корпусі 6 змонтований вихідний патрубок 8.

18.3.4. Розрахунок

Визначимо продуктивність Q (кг/годину) шнекового дозатора

66

Q = 47,1 ψ(D2- d2) S n k ρп c, де ψ – коефіцієнт заповнення шнека (ψ = 0,3…0,4 );

D і d – відповідно зовнішній і внутрішній діаметри шнека, м; S – крок шнека, м;

n - частота обертання шнека, хв –1; ρп – об'ємна маса продукту, кг/м3;

k – коефіцієнт, що залежить від роду продукту: для легкосипких продуктів k = 0,75 ... 1,0; для крупнокускових продуктів k = 0,5…0,6;

c – коефіцієнт враховує кут нахилу шнека. Максимальна частота обертання шнека nmax

формулою nmax = AВ/√(D2),

де AВ - коефіцієнт, який вибирають залежно від дозуемого продукту. При цьому повинна бути виконана умова n < nmax.

Для розрахунку використовуються дані, які задаються конструктивно: діаметр шнека D, м; діаметр вала d, м; крок гвинта шнека S = D.

Потужність, що потрібна для приводу шнека

N = g Qmax L ω k3 10−3, кВт,

де Qmax – максимальна продуктивність шнекового дозатора, кг/с; L – довжина шнека, м;

ω – коефіцієнт опору руху (ω = 4…5);

k3 – коефіцієнт запасу потужності (k3 = 1,2… 1,25). Потужність електродвигуна визначається за формулою

Nдв = N/η,

де η – ККД приводу визначається за формулою η = ηред,

де ηред – ККД моторредуктора; По каталогах підбирається моторредуктор і записується його

технічна характеристика. Розрахунковий крутний момент Mкр (H·м) на тихохідному валу моторредуктора визначаємо за формулою

Mкр = 30 N iред ηред 1000/(π n),

де n – частота обертання тихохідного вала редуктора, об/хв.

18.3.5.Висновок з розрахунку.

19.ЗМІШУВАЧІ

19.1. Розрахунок барабанного змішувача 19.1.1. Мета і завдання розрахунку

Отримання даних для розробки конструкції і геометричних розмірів робочих органів і кінематичних даних приводного пристрою змішувача. Отримання даних для вибору електродвигуна приводного пристрою змішувача.

19.1.2.Схема розрахунку. Див. рис. 19.1.

19.1.3.Початкові дані

Продукт - мука хлібопекарська, вищий сорт. При вологості борошна W=13…14% об'ємна маса хлібопекарського борошна становить ρ = 550

кг/м3; кут природного укосу дорівнює φо = 47о.

67

19.1.4. Розрахунок

Виходячи з конструкції і продуктивності змішувача, задаємося геометричними розмірами барабана. Діаметр барабана – Dб = 1 м.

Продуктивність барабанного змішувача Q (кг/годину) визначимо за формулою

Q = 60 V ρ/(tзм+tзав+tроз), де V – об'єм продукту в барабані, м3;

ρ – об'ємна маса продукту, кг/м3;

tзм – час, необхідний для змішування продукту, хв; tзав – час, необхідний для завантаження барабана, хв;

tроз – час, необхідний для розвантаження барабана, хв; Час, необхідний для змішування продукту можливо знайти

tзм = 2 π m/ω = m/n, с;

де m - необхідна кількість перемішувань продукту в барабані, ω – кутова швидкість обертання барабану, рад/с,

n – частота обертання барабана, об/хв. Гранична частота обертання барабана

nгр = 42,3/√D, об/хв, де D - діаметр барабана, м.

Робоча частота обертання барабана

n = nгр kз , об/хв, де kз - коефіцієнт запасу (kз = 0,6 … 0,8).

Привід змішувача виконаємо від моторредуктора. Враховуючи визначену частоту обертання змішувача, знайдем передаточне відношення між електродвигуном і валом змішувача

iдв.з = nдв.з /n,

де nдв.з – частота обертання електродвигуна моторредуктора (найближча до частоти обертання змішувача, або 1500 об/хв – найбільше поширена сінхронна частота обертання електродвигунів).

За попереднім передаточним відношенням iдв.з знаходим по довіднику моторредуктор. Треба розглянути декілька типів моторредукторів і вибрати з ближчим передаточним відношенням і з більшим к.к.д. По вибраному моторредуктору уточнюють частоту обертання змішувача.

Приймаємо робочу частоту обертання валу змішувача nз. Потужність для приводу барабана змішувача N (кВт) визначаємо

N = N1 + N2 + N3 , кВт,

де N1 - потужність необхідна для подолання сил тертя в підшипниках змішувача, кВт;

N2 - потужність необхідна для підйому продукту до кута природного укосу, кВт;

N3 - потужність необхідна для змішування продукту, кВт; Потужність необхідна для подолання сил тертя в підшипниках

кочення змішувача

N1 = (Gб + Gпр) fпр r ω ,

68

де Gб – вага барабана, н;

Gпр – вага продукту в барабані, н;

fпр - наведений коефіцієнт тертя в підшипниках;

r – середній радіус розміщення кульок підшипників, м; ω - кутова швидкість обертання барабану, рад/с.

Потужність необхідна для підйому продукту до кута природного

укосу

N2 = Gпр h/(1000 tп), кВт;

де h - висота переміщення центру мас продукту до кута природного укосу, м;

tп - час підйому продукту на висоту h, с. Розрахуємо час підйому продукту на висоту h

tп = φ/ω,

де φ – кут природного укосу продукту при русі, град, Потужність необхідну для підйому продукту до кута природного

укосу можливо знайти

N2 = Gпр R (1 - cosφ) ω/(102 φ), кВт. Потужність необхідна для змішування продукту

N3 = Gпр ρ sinφ ω/102, кВт. Загальна потужність для приводу барабана змішувача

Nпр = (N1 + N2 + N3)/η, кВт, де ηред – ККД моторредуктора.

Крутний момент на вихідному валу моторредуктора Mкр (H·м) визначимо

Mкр = N 30 1000/(π n),

де Nпр – потужність на вихідному валу, Вт;

n – швидкість обертання вихідного вала моторредуктора, об/хв.

19.1.5. Висновок з розрахунку 19.2. Розрахунок лопатевого змішувача 19.2.1. Мета і завдання розрахунку

Отримання даних для розробки конструкції і геометричних розмірів робочих органів і кінематичних даних приводного пристрою змішувача. Отримання даних для вибору електродвигуна приводного пристрою змішувача.

19.2.2. Початкові дані

При вологості борошна W=13…14% об'ємна маса хлібопекарського борошна становить ρ = 550 кг/м3; кут природного укосу дорівнює: у спокої

φо = 55о і в русі φ1 = 0,35· φо = 0,35·55 = 19,25о, коефіцієнт тертя борошна по сталі в спокої f1 = 0,7 і в русі f2 = 0,4.

19.2.3.Схема розрахунку

19.2.4.Розрахунок

Вибираємо схему лопатевого змішувача безперервної дії, яка представлена на рис.19.2.

Визначимо продуктивність Q (кг/с) лопатевого змішувача

69

Qл = D2 S ω ρп kп, де D – зовнішній діаметр шнекових лопатей, м;

S – крок лопатей, м;

ω - кутова швидкість обертання лопатей, рад/с; ρп – об'ємна маса продукту, кг/м3;

kп – коефіцієнт подачі продукту.

Визначаємо попередню n (хв–1) частоту обертання вала n = 30·ω/π, хв–1.

Для забезпечення обертання вала змішувача, розробимо кінематичну схему приводу лопатевого змішувача. Кінематична схема представлена на рис.19.3. В якості приводу застосовуємо моторредуктор. Враховуючи визначену частоту обертання змішувача, знайдем передаточне відношення між електродвигуном і валом змішувача

iдв.з = nдв.з /n,

де nдв.з – частота обертання електродвигуна моторредуктора (найближча до частоти обертання змішувача, або 1500 об/хв – найбільше поширена синхронна частота обертання електродвигунів).

За попереднім передаточним відношенням iдв.з знаходим по довіднику моторредуктор. Треба розглянути декілька типів моторредукторів і вибрати з ближчим передаточним відношенням і з більшим к.к.д. По вибраному моторредуктору уточнюють частоту обертання змішувача.

Приймаємо робочу частоту обертання валу змішувача n.

Потужність, що потрібна для подолання опору від тертя матеріалу о лопаті N1 (кВт), визначаємо

N1 = z1 (Pр vр+ Po vo)/1000, кВт, де Pр – радіальна складова сил опору, н;

Pо – осьова складова сил опору, н;

vр – радіальна швидкість точки прикладання сили опору, м/с; vо – осьова швидкість точки прикладання сили опору, м/с;

z1 – кількість занурених лопатей в продукт. Радіальна складова сил опору

Pр = γ·hср·f·tg2(45º+ρ/2)(cosα +μ·sinα), н, де γ – об’ємна маса продукту, н/м3;

hср – середня глибина занурення лопаті в продукт, м; f – площа занурення лопаті в продукт, м2;

ρ – кут внутрішнього тертя, град; α – кут нахилу лопаті до осі обертання, град;

μ – коефіцієнт тертя продукту о лопать. Осьова складова сил опору

Pо = γ·hср·f·tg2(45º+ρ/2)(sinα - μ·cosα), н, Радіальна швидкість точки прикладання сили опору

vр = (2·l·cosθ + b)·ω/(3·cosθ), м/с; де l - довжина лопаті,м;

θ - кут установки лопаті, град;

70

b – відстань від осі вала до рівня продукту в змішувачі, м; ω - кутова швидкість обертання лопатей, рад/с.

Осьова швидкість точки прикладання сили опору vо = vр·cosα · sinα, м/с;

Привід змішувача виконаємо від моторредуктора. Враховуючи визначену частоту обертання змішувача, знайдем передаточне відношення між електродвигуном і валом змішувача

iдв.з = nдв.з /n,

де nдв.з – частота обертання електродвигуна моторредуктора (найближча до частоти обертання змішувача, або 1500 об/хв – найбільше поширена синхронна частота обертання електродвигунів).

За попереднім передаточним відношенням iдв.з знаходим по довіднику моторредуктор. Треба розглянути декілька типів моторредукторів і вибрати з ближчим передаточним відношенням і з більшим к.к.д. По вибраному моторредуктору уточнюють частоту обертання змішувача.

Приймаємо робочу частоту обертання валу змішувача n. Потужність електродвигуна визначається за формулою

Nдв = N1/η,

де η – ККД приводу визначається за формулою η = ηред,

де ηред – ККД моторредуктора; По каталогах підбирається моторредуктор і записується його

технічна характеристика.

Розрахунковий крутний момент Mкр на тихохідному валу моторредуктора визначаємо за формулою

Mкр = 30 N1 iред ηред 1000/(π n), H·м,

де n – частота обертання тихохідного вала редуктора, об/хв.

19.2.5. Висновок з розрахунку 19.3. Розрахунок змішувача періодичної дії зі стрічковою

спіраллю 19.3.1. Мета і завдання розрахунку

Отримання даних для розробки конструкції і геометричних розмірів робочих органів і кінематичних даних приводного пристрою стрічкового змішувача. Отримання даних для вибору електродвигуна приводного пристрою стрічкового змішувача.

19.3.2.Початкові дані

19.3.3.Схема розрахунку. Див. рис. 19.3.

19.3.4.Розрахунок

Визначимо продуктивність Qз (кг/годину) змішувача

Qз = 60 V ρ/(tзм+tзав+tроз), де V – об'єм продукту в змішувачі, м3;

ρ – об'ємна маса продукту, кг/м3;

tзм – час, необхідний для змішування продукту, хв; tзав – час, необхідний для завантаження змішувача, хв;

tроз – час, необхідний для розвантаження змішувача, хв;