Технологии и техническое обеспечение процессов переработки и хранения сельскохозяйственной продукции

Шнековые формователи  широко применяются как питатели, дозаторы и прессы. Каждое такое  устройство представляет собой цилиндрический кожух, внутри которого расположен шнек или два шнека. Кожух имеет  приемный бункер и специальным образом оформленное выходное отверстие. Каждое устройство снабжено приводом. 

 Из опыта работы  многих шнековых устройств известно, что под действием винтовой  поверхности шнека транспортируемый  материал движется не параллельно  его оси, а винтообразно с переменной скоростью в осевом и радиальном направлениях в зависимости от расстояния частиц материала до оси шнека, от коэффициента трения и величины противодавления. Так как углы подъёма винтовой линии правильной винтовой поверхности шнека изменяются, увеличиваясь от периферии к центру шнека, то осевое перемещение частиц материала, расположенных в радиальном направлении, будет неодинаковым. 

Исходные данные: максимальное давление Рmax=12 МПа, коэффициент  внутреннего трения продукта f=0,65, плотность продукта ρ=1120 кг/м3, D =95 мм, Н=50 мм, d=40 мм, n=2,55. 

Угол подъёма винтовых линий на внешней стороне шнека  и у вала по зависимостям: 

αD=arctg[H/(πD)] 

αd=arctg[H/(πd)], 

αD=arctg[0,05/(3,14 ∙0,095)]= arctg(0,17)=9,51°; 

αd=arctg[0,05/(3,14 ∙0,04)]= 21,7°. 

Среднее значение угла подъёма винтовых линий витка  шнека по равенству: 
 
 
 
 

Вспомогательные величины равны: 

cos231,21°=0,73; tg31,21°=0,61; sin2∙23,17°=0,89. 

Коэффициент отстаивания  частиц материала в основном направлении  по уравнению: 

К0=1-( cos2αср-0,5f sin 2αср), 

К0=1-(0,73-0,5 ∙0,65· 0,89)=0,56. 

Изгибающий момент в витке шнека по внутреннему  контуру, т.е. у вала: 
 
 

где а =D/d – отношение  диаметров шнека и вала (практически  а=1.8-3) 
 
 

Витки шнека будут  изготовлены из стали 10, для которой допускаемое напряжение при изгибе можно принять равным допускаемому напряжению при растяжении, т.е. 125∙106 Па. Тогда толщина витка шнека равна: 

σи=±6М/σ2, 
 
 

Принимаем σ=4 мм 

Площадь внутренней цилиндрической поверхности корпуса  устройства на длине одного шага по выражению: 
 
 
 
 
 

Длины разверток  винтовых линий по зависимостям: 
 
 
 
 
 
 
 
 

Площадь поверхности  витка шнека на длине одного шага по условию: 
 
 
 
 

что удовлетворяет  условиям работы, т. к. Fш< Fв. 

Крутящий момент при двух рабочих витках шнека по выражению 

Мкр=0,131∙n·pmax(D3-d3)·tgαср, 

Мкр=0,131∙2∙12∙106(0,0953-0,043)·0,61=1,6к  Н∙м, 

Осевое усилие по выражению 

S=0,392·n(D2-d2) pmax, 

S=0,392·2(0,0952-0,042)· ·12·106=15 кН, 

Нормальное и касательное  напряжение вала: 

                                                                                         (1) 
 

                                                                                         (2) 

где F – площадь  поперечного сечения вала шнека, м2; 

W – полярный момент  сопротивления поперечного сечения вала шнека, м3. 
 
 
 
 

Эквивалентное напряжение: 
 
 
 
 

Производительность  двухшнековых шприцов П (кг/ч) определяются из выражения: 

, 

где D – наружный диаметр рабочей части шнека, м; d – внутренний диаметр рабочей  части шнека, м; S – шаг шнека; м; k – коэффициент увеличения впадины шнека (); n – частота вращения шнека, с–1;  – плотность фарша, кг/м3;  – коэффициент подачи фарша в шприц ;  – угол подъема винтовой линии шнека, град.: 
 
 

П=1633кг/ч 

Определим размеры  заготовок витков и их число. Пусть длина шнека равна 16∙50=800 мм. 

Ширина витков по зависимости: 

в=0,5(D-d); 

в=0,5(95-40)=27,5 мм. 

Угол выреза в  кольце-заготовке: 
 
 

Далее определим  диаметры колец: 
 
 
 
 
 
 
 
 

При изготовлении кольца-заготовки  без углового выреза, оно расположится на длине шнека, определяемой по условию: 
 
 
 
 

Количество колец-заготовок  без углового выреза надо: 

0,8/0,054=14,8 шт. 

Практически надо сделать  пятнадцать колец-заготовок для  одного шнека и тридцать для двух.  

5.2 Расчет привода  шприца 

Расчёт привода  смесителя начинается с составления кинематической схемы, определения общего КПД и общего передаточного числа привода, выбора электродвигателя и разбивки общего передаточного числа по отдельным ступеням. 

Исходными данными  при этом расчёте являются угловая  скорость w рабочего вала машины и мощность N на валу. 

По исходным данным определяют требуемую мощность электродвигателя в киловаттах. После определения  требуемой мощности выбирают электродвигатель той или иной быстроходности в  зависимости от угловой скорости рабочего вала машины и передаточного числа привода. 

Мощность на рабочем  валу машины: 

N = Mкр · w 

Мкр=6,72 Н∙м при  двух рабочих витках шнека, следовательно  при шестнадцати рабочих витках шнека Мкр = 16·1600= 25600 Н∙м 

N= 25600 · 0,27 = 6812Вт  
 
 

Требуемая мощность электродвигателя: 

Р = 6812/0,9=7,5 кВт. 

ηобщ= ηрем ηзуб·  ηпод =0,97∙0,95·0,992=0,9 

По таблице выбираем подходящий электродвигатель. В нашем  случае это будет электродвигатель марки 5А132М6 
 

5.3 Расчет корпуса 

Корпус шприца служит для размещения шнека. 

Толщина стенки и  основания корпуса принимаем  одинаковыми и рассчитываем: 

, 

где Мкр- вращающий  момент на валу шнека, Н∙м.  

мм; 

5.4 Расчет ременной  передачи 

Тип передачи – клиноременная; 

- мощность на  ведущем шкиве; 

- частота вращения ведущего шкива; 

- передаточное число  ременной передачи; 

PP=Т – режим  работы передачи, условия тяжелые; 

- угол наклона  передачи к горизонту; 

- допускаемая частота  пробегов ремня в единицу времени. 

Пояснения к расчетам ременной передачи. 

- плотность материала ремня; 

E=80 Mпа – приведенный  модуль продольной упругости  материала ремня; 

- напряжение от  предварительного напряжения ремня; 

- допускаемое напряжение  растяжения ремня. 

Определяем геометрические размеры передачи, согласовывая их со стандартами: 
 

- диаметр малого  шкива 

; 

Принимаем по ГОСТ =150 мм; 

- диаметр большего  шкива 

; 

Принимаем по ГОСТ =224 мм; 

Межосевое расстояние предварительное: 

; 

; 

Длина ремня : 

=; 

=; 

Принимаем =1500 мм. 

Межосевое расстояние уточненное: 
 
 
 
 
 

Толщина ремня: 
 
 

Определяем обхвата  малого шкива: 
 
 
 
 

Определяем скорость ремня: 
 
 
 
 

Определяем допускаемое  полезную мощность в ремне: 
 
 

2462 Вт 

Определяем число  ремней: 
 
 

Выполняем проверочные  расчеты прочности ремней для  клиновых ремней: 
 

; 

 условие выполняется. 

Проверяем условную долговечность ремней: 

; 

; 

 условие выполняется. 

Определяем нагрузку на вал и действительное передаточное число ременной передачи: 

; 

 Н; 

  
 
 

Погрешность: 
 
 
 

6.  Техника безопасности  на производстве 

Предприятия пищевой промышленности отличаются большим разнообразием производств, каждое из которых имеет специфические технологию, оборудование, сырьё, готовую продукцию и трудовые операции, образующие систему человек – трудовая операция – производственная среда – средства производства – предметы труда, безопасность которой должна обеспечивать охрана труда. 

Производственное  оборудование должно быть безопасным при монтаже, эксплуатации и ремонте. 

Оборудование в  зависимости от назначения, конструкции, характеристики рабочей среды, а также условий протекания технологического процесса подразделяется на оборудование повышенной опасности и неопасное. Повышенная опасность оборудования определяется наличием вредных и опасных факторов, при нарушении тех или иных правил техники безопасности они могут привести к аварии или несчастному случаю. 

 Повышенная опасность  технологического оборудования  в значительной степени зависит  от свойств перерабатываемых  им веществ. Первостепенная роль  в обеспечении безопасной эксплуатации  оборудования принадлежит его безопасной конструкции, оснащенной необходимой контрольно-измерительной аппаратурой, приборами безопасности, блокировочными устройствами, автоматическими средствами сигнализации и защиты, которые контролируют соблюдение нормальных режимов работы оборудования, а также исключают возможность возникновения аварий и несчастных случаев. 

Устройство, монтаж, обслуживание и эксплуатация оборудования должны отвечать требованиям ГОСТ 12.2.003 «ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности», ГОСТ 12.2.12.4 «ССБТ. Оборудование продовольственное. Общие требования безопасности», а также отраслевых стандартов. 

Согласно этим стандартам производственное оборудование оснащается встроенными устройствами для удаления выделяющихся в процессе работы вредных, взрыво- и пожароопасных веществ непосредственно в местах их образования и скопления. Встроенные вентиляционные системы должны быть сблокированы с пусковым устройством технологического оборудования, обеспечивающим их одновременный запуск. 

Конструкция производственного  оборудования должна быть выполнена  так, чтобы исключить возможность  случайного соприкосновения работающих с горячими частями и тем самым  защитить их от ожогов. 

Для обеспечения  безопасности конструкция производственного  оборудования предусматривает защиту обслуживающего персонала от поражения электрическим током, включая случаи ошибочных действий. 

Рабочие органы машин, которые совершают опасное инерцинное движение, во всех случаях отключения оборудования должны работать в режиме автоматического торможения. 

Конструкция оборудования не должна затруднять загрузку, полное удаление продукта и санитарную обработку  оборудования, должна обеспечивать безразборную мойку и исключать образование  заторных зон.