Лабораторна робота 13 Тема: Прес-екструдер пэк-125*8.

Мета роботи: засвоїти техніко-економічні дані ПЭК-125*8, будову, процес роботи; набути навичок і вмінь у налагодженні, експлуатації і діагностуванні обладнання, вивчити технологію приготування протеїнових добавок.

Обладнання: Прес-екструдер ПЭК-125*8, схеми, плакати, інструмент і вузли обладнання.

Програма роботи

1. Засвоїти призначення і область використання ПЭК-125*8, його техніко-економічні дані.

2. Виконати класифікацію і оцінку вітчизняних прес екструдерів.

3. Вивчити загальну будову ПЭК-125*8, його агрегатів і вузлів.

4. Засвоїти принцип дії екструдера, правила запуску і зупинки.

5. Виконати розрахунок технологічних і конструктивних параметрів ПЭК-125*8, співставити отримані результати із фактичними даними.

6. Набути навичок в управлінні і налагодженні прес-екструдера.

7. Підготувати і захистити звіт.

Звіт про роботу

1. Записати техніко-економічні дані КМЗ-2 і ПЭК-125*8, виконати їх оцінку.

2. Навести зоотехнічні вимоги до екструдерів. Описати технологію приготування амідноконцентрованих добавок (АКД).

3. Викласти загальну будову і процес роботи ПЭК-125*8.

4. Нарисувати пресуючий вузол, вказати розміри його деталей.

5. Нарисувати технологічну схему ПЭК-125*8.

6. Описати несправності, їх причини та способи усунення.

7. Описати правила запуску, зупинки і технічного налагодження прес-екструдера.

8. Виконати аналіз факторів, які впливають на якість процесу екструзії.

9. Виконати розрахунок технологічних і конструктивних параметрів прес-екструдера. Проаналізуйте результати розрахунків.

10. Використовуючи санектику, морфологічний аналіз чи АРИЗ-85, вдоскональте один із вузлів прес-екструдера.

11. Проаналізуйте процес роботи ущільнюючого вузла, визначіть технічні протиріччя і спробуйте їх усунути за допомогою фізефектів, типових прийомів.

Контрольні запитання

1. Призначення АКД?

2. Назвіть склад АКД і призначення кожного із компонентів?

3. Вкажіть номінальну температуру і тиск під час екструзії. Що є джерелом тепла у прес-екструдері?

4. Назвіть аналоги прес-екструдера?

5. Які особливості конструкції гвинта ущільнюючого вузла?

6. Яка відмінність процесу роботи ПЭК-125*8 від пресів інших типів:ПБС-3, ОГМ-0,8А, ППЛ-Ф1,6 і ін.?

7. Назвіть основні складові вузли екструдера?

8. Вкажіть характерні зони ущільнюючого вузла екструдера?

9. Чи має недоліки ПЭК-125*8 як прес?

10. Які недоліки має процес екструзії?

Література

1. Завражнов А.И., Николаев Д.И. Механизация приготовления и хранения кормов. – М.:Агропромиздат, 1990.

2. Кунта Г.М. Машины и оборудование для приготовления кормов. - М.:Агропромиздат, 1987.

3. Вагин Б.И., Побединский В.М. Практикум по механизации животноводства. – Л.: Колос, 1983.

4. Мельков В.Г. Комплексная механизация переработки комбикормов. – К.: Урожай, 1983.

Методична довідка

Екструзія – спосіб ущільнення сипучих легкопластифікованих матеріалів шляхом продавлювання через вузькі щілини і забезпечення умов ефекту “вибуху”.

Орієнтовними параметрами процесу екструзії є Q­­_М = 550...650 кг/год при частоті обертання ущільнюючого гвинта n = 230 хв­­­­­­ і встановленої потужності Р =55 кВт при потужності електронагрівачів Р_Н = 7,5 кВт. Оптимальними режимами роботи прес-екструдера є температура екструдованого матеріалу t = 120...140 С і тиск 1,5...2,0 мПа.

Основними факторами, які впливають на процес екструзії є форма і розміри частинок, величина коефіцієнту тертя, питома теплоємкість компонентів суміші, сипучість, температура плавлення, в’язкість і густина сировини. Крім того, на якість екструзії впливає геометрична форма і розміри ущільнювальної камери.

Продуктивність екструдера (м /год) оцінюють за залежністю:

,

де D – діамент ущільнюючого гвинта, м;

h – глибина нарізки гвинта, h = 0,015...0,02 м;

b – ширина гвинта, b = 0,006...0,008 м;

 – кут між напрямком руху матеріалу і площею робочої бокової поверхні гвинтового каналу,  = 2;

 – об’ємна вага суміші, кг/м ;

 – коефіцієнт заповнення міжгвинтового простору гвинта,  = 1;

 – кутова швидкість вала гвинта, с ;

 – кут нахилу витка шнека,  = 6 .

Діаметр гвинта ущільнюючого вузла, м:

,

де S – крок гвинта, м:

Зусилля пресування визначають із виразу:

,

де _С – об’ємна вага вже ущільненого матеріалу, кг/м .

Робоча довжина шнека, м:

,

де f_ц, f_b – коефіцієнт тертя маси відповідно по циліндру і гвинту, для розрахунків

f_ц = 0,65, а f_b = 0,3;

Р_кр – мінімальний тиск в екструдері, Р_кр = 30...50 МПа;

Р₀ – оптимальний тиск в екструдері, Р₀ = 1,5...2,0 МПа.

Величина радіального зазору в ущільнюючій парі гвинт-циліндр становить, м:

,

де R_ц – радіус циліндра ущільнюючого вузла, м.

Радіальний зазор повинен задовільняти умову, щоб після шайби тиск падав нижче тиску екструзії 1,5...2,0 МПа.

,

де  – ефективна в’язкість суміші;

q – масова витрата через зазор, кг/с.

Перспективними параметрами прес-екструдера є: діаметр D = 0,123 м, діаметр циліндра D_ц = 0,126 м, ширина гріючої шайби b = 0,017...0,02 м, частота обертання вала  = 4,2 с .

Використовуючи вищенаведені залежності розраховують теоретичні параметри, які співставляють з фактичними, що заміряні на машині.

Білкову недостатність кормових раціонів для жуйних тварин ліквідовують шляхом застосування карбаміду. Карбамід (сечовина) – це біла кристалічна речовина, яка не містить білка, але внаслідок гідролізу у рубці тварини виділяє азот. Під дією мікроорганізмів рубця цей азот синтезується в бактеріальний білок, який легко засвоюється організмом тварини.

Але проста добавка карбаміду до кормів може бути токсичною внаслідок швидкого його гідролізу і інтенсивного утворення аміаку. Тому карбамід на фермах застосовують у дуже обмежених дозах, і ефективність від такого використання незначна.

Значно підвищити ефективність використання карбаміду дозволяє карбамідний концентрат: карбамід згодовують тваринам не у чистому вигляді, а у вигляді амідноконцентратної добавки (АКД), яка складається із карбаміду (20...25%), комбікорму (70...75%) і бентоніту (5%).

Приготовану із цих компонентів суміш змішують і пресують в шнекових пресах високого тиску – екструдерах. В екструдері під дією високого тиску (1,4...15 МПа) і температури (400...430 К) відбувається клейстеризація крохмалю, плавлення карбаміду, адсорбція (поглинання) розплавленого карбаміду бентонітом і дифузія сплаву (молекулярне впровадження азоту) у масу клейстеризованого крохмалю. При цьому частинки карбаміду охоплюються тонкою плівкою крохмалю, і, потрапивши у рубець тварини, вони гідролізують не відразу, а поступово, протягом 3...4 год. Це підвищує загальну ефективність його застосування і виключає можливість інтенсивного утворення аміаку і отруєння тварини.

Для отримання АКД використовують прес-екструдери ПЭК-125*8 і КМЗ-2, технічні характеристики яких приведені у таблиці 1.

Екструдер ПЭК-125*8 складається із опорної плити, станини редуктора, живильника, корпуса із черв’яком, головки, електродвигуна головного приводу і шафи керування. Станина прес-екструдера являє собою корпус спеціального одноступінчатого циліндричного редуктора вертикального виконання, який призначений для передачі крутного моменту від електродвигуна до черв’яка шнека. Осьове зусилля черв’яка сприймається упорним підшипником, корпус якого має сорочку для водяного охолодження. На опорній плиті і станині редуктора встановлені всі збірні одиниці екструдера. Живильник екструдера складається із закріпленого на станині бункера із встановленим всередині живильним шнеком, зворушувачем і парою шестерень; приводу (мотор редуктора) і окремого зворушувача-живильника, який встановлений на завантажувальній горловині корпуса основного шнека. Обертання мотор-редуктора МРА-1 із електродвигунм постійного струму типу ПБ-22-У2 через муфту передається шнеку-живильнику і із встановленої на його валу шестерні – на шестерню і вал зворушувача. Зворушувач-живильник має окремий привод від синхронного електродвигуна. Продуктивність живильника регулюється безступінчато зміною частоти обертання двигуна постійного струму.

Корпус черв’яка екструдера складається з товстої труби, всередині якої між фланцями закріплені гільзи. Встановлений всередині корпуса черв’як виконаний набраним із встановленими на валу по довжині секціями шнека і шайбами.

Крутний момент від редуктора-станини передається на вал черв’яка, а від нього через шпонки на секції шнеків. Корпус прес-екструдера закінчується головкою. Вона складається із корпуса, вставки фланця і інших деталей.

Для нагрівання відповідних зон шнека передбачена спеціальна система, яка забезпечує нагрів головки і двох зон корпуса прес-екструдера і автоматичне підтримання заданої температури. Нагрівальні пристрої обладнані електронагрівачами, які живляться від мережі змінного струму напругою 220 В. У кожній зоні обігріву корпуса екструдера встановлено два нагрівача потужністю 1,65 кВт (загальна потужність зони 3,3 кВт), а в зоні обігріву головки – один нагрівач потужністю 0,6 кВт. Для контролю і регулювання температури в зонах встановлені термопари. Тиск всередині головки контролюють за допомогою датчика манометричного тиску. Шафа керування містить всю апаратуру керування електроприводами і тепловими режимами у зонах.

Таблиця 1.Технічна характеристика прес-екструдерів

Показники	КМЗ-2	ПЭК-125*8
Продуктивність, кг/год Діапазон робочих температур, С Привід прес-екструдера: електродвигун, тип потужність, кВт редуктор обігрів корпусу Привід живильника: електродвигун, тип потужність, кВт мотор-редуктор Привід зворушувача живильника: електродвигун, тип потужність, кВт Потужність нагрівачів: 1-ша зона 2-га зона головна Діаметр черв’яка, мм Частота обертання черв’яка, с Охолодження завантажувальної зони корпуса черв’яка і вузла упорного підшипника Витрата води, м /год Габаритні розміри (без шафи), мм довжина ширина висота Маса,кг	500 110..135 АО2-82-6 40   ПБ-21-42 0,8       121 350   1510 1870 1490 1200	550...650 120...180 АО2-82-4 55 спеціальний i = 6,4 електронагрівачами ПБ-22-42, рег. 0,7 МРА-1 АОЛ2-11-4 0,6 3,3 3,3 0,6 125 230 водою із мережі до 1,5 3330 710 1690 2130

Робочий процес

Вихідна сировина надходить в бункер живильника, з якого шнеком подається у завантажувальну зону корпуса прес-екструдера, де її захоплює і пересуває черв’як вздовж корпуса до головки.

Нагрівається і перероблюється сировина як внаслідок перетворення механічної енергії робочих органів машини у теплову енергію (за рахунок тертя), так і внаслідок додаткового електронагрівання корпуса за допомогою електронагрівачів.

Під час підготовки машини до роботи необхідно встановити, за приладами шафи керування, відповідну температуру процесу екструзії по зонах корпусу і головки залежно від рецепту матеріалу, який буде проходити обробку (в таб. 2 наведені режими, які рекомендуються для обробки суміші під час приготування карбомідного концентрату).

Таблиця 2. Необхідна температура в зонах екструдера ПЭК-125*8

Матеріал	Температура, С
	Корпус		Головка
	Зона І	Зона ІІ
Концентрат на основі ячменю Концентрат кукурудзи Концентрат пшениці	130 120 130	150 150 150	120 125 130

Потім включають нагрів корпуса і головки і одночасно охолодження завантажувальної зони і корпуса упорного підшипника на малу витрату води. При досягненні заданих температур включають головний привід, привід зворушувача, а потім привід живильника. Ручку включення живильника повертають на 30...40 поділок по шкалі регулятора. Як тільки із головки з’явиться маса, необхідно поступово збільшити частоту обертання приводу живильника до номінального значення навантаження на головний привід.

Для зупинки прес-екструдера необхідно вимкнути привід живильника, в цьому випадку машина повинна працювати до тих пір, поки величина навантаження на головний привід не зменшиться до значення навантаження на холостому ходу (контролюють навантаження на електродвигун амперметром-індикатором). Потім потрібно вимкнути привід зворушувача, головний привід, електронагрів і водяне охолодження. При зупинці машини на тривалий час черв’як очищують.

Конструкція прес-екструдера дозволяє обробити продукт і в автономному режимі (без використання зовнішнього нагрівання корпуса, головки, охолодження упорного підшипника).

В процесі експлуатації машини можуть виникати деякі несправності, причини яких і способи їх усунення наведені у таблиці 3.

Таблиця 3. Можливі несправності і причини порушення режимів роботи екструдерів та способи їх усунення

Несправність	Причина	Спосіб усунення
1	2	3
Машина не забезпечує оптимальної продуктивності Перегрівається основний шнек, переповнюється лотік, спостерігається вихід пари із вихідного конуса і викидання продукту в супроводі хлопків Екструдер “труситься”, поштовхами розкачується шнековий корпус, що супроводжується збільшенням струму більше 76 А 1 Підтікання матеріалу із-під хомутів кріплення корпусів циліндра 1 Продукт викидається із робочої камери екструдера через завантажувальне вікно Налипання на ніж і матриці гранулятора-подрібнювача	На ділянках основного шнека залишився продукт Вихідний продукт має підвищену вологість і погано надходить в дозатор і основний шнек Послабився натяг пасів приводу основного шнека (КМЗ-2) чи дозатора Несправність в електросхемі дозатора Не витримане рецептурне співвідношення компонентів суміші для приготування АКД Підвищена подача вихідної суміші Вологість суміші перевищує 14% Нерівномірність змішування компонентів 2 Утворення пробки в екструдері із-за пригорання продукту до шнека або корпуса циліндра у зони видавлювання Поганий натяг пасів чи відсутність одного (декількох) на головному приводі Нерівномірність подачі суміші із живильника В екструдер попали сторонні предмети розміром більше 5 мм Екструдер не прогрітий Зміщена вісь обертання черв’яка від осі циліндра більш як на 5 мм у кожному спряженні шайба-кільце, що приводить до защемлення черв’яка і корпуса Неправильно співставленні при збиранні корпуса, що супроводжується появою між ними зазору У площину стику корпусів потрапив сторонній предмет 2 Компресійне кільце поставлене у забруднене продуктом гніздо корпуса У корпусі відсутні одна або декілька напрямних Недостатньо затягнутий хомут, у його пази потрапили сторонні предмети Зміщення корпусів один відносно одного Встановлена велика подача суміші у непрогрітий екструдер під час запуску Недостатньо натягнуті паси головного приводу В екструдер потрапили сторонні предмети Поломка деталей екструдера (нагрівальної шайби, кільця і напрямних) До упора затягнута накидна гайка матриці Зазор між шайбою і кільцем менше 1мм Значне спрацювання вершин черв’яка Послабла пружина, яка притискає ніж до поверхні матриці Тупі ножі	Розібрати основний шнек і почистити його Перевірити вологість продукту і при необхідності замінити на кондиційну сировину із нормальною вологістю Перевірити натяг пасів, при необхідності відрегулювати переміщенням електродвигуна Перевірити електричне коло дозатора за схемою Перевірити співвідношення складових. Якщо відхилення більше 5...8% -- замінити продукт Знизити подачу за допомогою дозатора до припинення перегріву Замінити суміш на кондиційну за вологістю Перевірити роботу змішувача, механізми транспортування, які сприяють сепарації карбаміду (шнекові транспортери) 3 Пропустити через екструдер малинні продукти, потім зупинити його, очистити черв’як і циліндр від продукту Натягнути паси, доповнити пасову передачу пасами які спали Перевірити справність живильника, натягнути паси приводу редуктора Зупинити екструдер і видалити сторонній предмет Прогріти екструдер при малій подачі суміші до 90...100 С Виконати центрування черв’яка вала так, щоб відхилення зазору між шайбою і кільцем не перевищувало б половини величини встановленого зазору Розібрати екструдер і зібрати корпуса у відповідності із заводськими мітками Під час збирання очистити стики поверхонь корпусів 3 Під час збирання добре очистити посадочне місце кільця у корпусі Встановити напрямні Очистити пази хомута і затягнути його Встановити центрувальні шпонки Знизити величину подачі суміші під час запуску екструдера Натягнути паси згідно інструкції з експлуатації Розібрати і очистити екструдер Замінити поламані деталі Відпустити накидну гайку до величини зазору не менше 3 мм Замінити шайбу на такий розмір, щоб величина зазору складала 2,5...3 мм Переставити корпуса черв’яка або замінити їх Натягнути пружину Заточити ножі або встановити нові

МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ

ЖИТОМИРСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРОЕКОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Факультет механізації сільського господарства

ІІІ курс факультет механізації сільського господарства

кафедра механізації землеробства і тваринництва