Расчет молотковой дробилки

ВВЕДЕНИЕ

Одной из основных задач, стоящей перед пищевой промышленностью  и пищевым машиностроением , является создание высокоэффективного технологического оборудования, которое на основе использования  прогрессивной технологии значительно повышает производительность труда, сокращает негативное воздействие на окружающую среду и способность экономии исходного сырья, топливно -  энергнетических ресурсов и материальных ресурсов. [4]

Технологические линии  пищевых и перерабатывающих отраслей АПК предназначены для преобразования сельскохозяйственного сырья в пищевую продукцию. На вход любой линии подается исходное сырье, обладающее определенными свойствами ,а с линии в результате ее функционирования сходит готовая продукция с другими, новыми показателями. Для пищевых технологий характерно исключительное многообразие свойств сырья, полуфабрикатов и готовых пищевых продуктов.  Условия переработки сельскохозяйственного сырья и получения продуктов питания , конструкции рабочих органов машин и аппаратов, оптимальные режимы их функционирования определяются совокупностью физико- химических и биохимических свойств пищевых сред. От предварительной очистки зерновой массы зависят нагрузки на оборудование, производительность и эффективность работы машин при последующих операциях переработки зерна и технико- экономические показатели мельницы. Очистка от примесей позволяет создать лучшие условия для хранения зерновой массы ,повысить исходное качество помольных партий, выделить ценные зерновые отходы, пригодные для производства комбикормов, сократить потери от распыла и травмирования ,а также снизить издержи на обработку , хранение и транспортировку.

Для достижения необходимых  результатов очистки и сортировки зерна необходимо знать и правильно организовать технологический процесс. Считается, что общая эффективность производства более чем на 50% определяется организацией и ведением технологический операций подготовки зерна. Подготовку зерна к помолу осуществляют на зерноочистительных машинах мельницы. Она включает: смешивание нескольких исходных партий зерна  различного качества(формирование помольных партий зерна ), очистку зерновой массы от посторонних примесей, обработку поверхности зерна, его отволаживание и контроль отходов, получаемых в результате очистки зерна.

Целью очистки зерна является обеспечение требуемого качества зерна, а следовательно, качества муки и крупы. Для обеспечения стабильности работы, необходимо , чтобы производительность зерноочистительного модуля( расчетная) превышала на 20-30% производительности размольного агрегата, а также иметь определенный запас неочищенного зерна непосредственно в зерноочистительном отделении( бункере)-в так называемом оперативном черном закроме. Разделение зерновой массы на зерно основной культуры и различные примеси называют сепарированием. В соответствии с этим любую машину , в которой смесь разделяется на составляющие ее компоненты по одному или нескольким признакам, называют сепаратором.

Сепаратором сыпучих  смесей принято считать машину со следующими рабочими органами: ситами, ячеистой поверхностью, пневмосепарирующими  клапанами, магнитами. Между тем каждый из перечисленных органов можно рассматривать отдельно, как самостоятельно работающий элементарный сепаратор. Соответствеено существующие сепараторы условно делят на две группы: простые и сложные. У простых –смесь разделяется  по одному признаку на две фракции . К ним относят сито с одинаковыми по размерам и форме отверстиями, триер с одинаковыми ячейками, пневмоканал однократного действия, магнитный сепаратор однократного действия и пр.

К сложным, например, относят зерноочистительный сепаратор, который состоит из 5-6 простых сепараторов: трех различных сит (приёмного , сортировочного и подсевного) и двух пневмосепарирующих каналов ( предварительной и окончательной продувки), а также рассев для сортирования зернопродуктов.

Очистку считают эффективной, если содержание сорной примеси в  очищенной партии составляет не более 2% , зерновой – не более 5%, и вредной  примеси ( спорыньи, головни и.т.д)- 0,05%. [1]

Очистка зерновой массы  основана на различии физико – механических свойств зерна и примесей и осуществляется по следующим основным  признакам :

1. геометрическим размерам (длина,ширина,толщина);

2. аэродинамическим свойствам(  скорость витания);

3. фракционные свойства (форме и состоянию поверхности);

4. гравитационные свойства ( плотность);

5. цвету;

6. магнитным свойствам;

7. упругости. 

Цель проекта: научиться  проектировать технологическую  линию и рассчитывать оборудование для реализации заданных технологических  процессов.

Задачи проекта:

1. Определить конструктивные и технологические параметры сита для разделения смеси на фракции «примесь- продукт». Причем в продукте допустимо оставить 5-10% примеси.
2. Рассчитать параметры рабочих органов молотковой дробилки.
3. Рассчитать процесс транспортировки и дозирования продукта в дробилку шнековым транспортером.
4. Составить поточно- технологическую схему процесса получения дробленного продукта из двухкомпонентной смеси.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 СОРТИРОВАНИЕ ДВУХКОМПОНЕНТНОЙ СМЕСИ

 

1.1 На основании статических данных строим ряды распределения геометрических размеров частиц, подлежащих классификации (таблица 1.1 и 1.2).

Таблица 1.1 – Ряды распределения  размеров частиц для примесей.

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
	3,75	4,25	4,75	5,25	5,75	6,25	6,75	7,25	7,75	8,25	8,75	9,25	9,75	10,25	10,75
	2	7	30	50	70	100	130	140	130	100	70	50	30	7	2

 

Таблица 1.2 – Ряды распределения  размеров частиц для продукта.

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
	6,25	6,75	7,25	7,75	8,25	8,75	9,25	9,75	10,25	10,75	11,25	11,75	12,25	12,75	13,25
	2	7	30	50	70	100	130	140	130	100	70	50	30	7	2

 

x_i - среднее значение границы разряда;

n_i - количество частиц в интервале.

 

1.2 Строим гистограмму  распределения 
 - по оси абсцисс откладываем среднее значение разряда, а по оси ординат – численность;

- соединяем верхние части отрезков  и получаем гистограмму распределения  случайных величин примеси и  продукта.

Гистограммы распределения частиц примеси и продукта представлены на рисунке 1.1.

 

 

 

Рисунок 1.1 – Гистограммы распределения частиц примеси и продукта

 

1.3 Определим вероятность  значений распределения каждого  ряда (P_i).

; , где

n_i  – количество частиц в i-ом интервале разряда, шт;

N – общее количество в распределении, шт.

Результаты расчета  представлены в таблице 1.3.

 

Таблица 1.3 – Вероятность  распределений каждого ряда для  примеси и продукта

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
n, шт	2	7	30	50	70	100	130	140	130	100	70	50	30	7	2
Pi	0,002	0,007	0,028	0,047	0,066	0,095	0,123	0,132	0,123	0,095	0,066	0,047	0,028	0,007	0,002

 

 

1.4 Определяем математическое ожидание случайной величины (m_x).

С учетом того, что  , получим:

а) для примеси:

m_x = 0,002∙3,75+0,007∙4,25+0,028∙4,75+0,047∙5,25+0,066∙5,75+

+0,095∙6,25+0,123∙6,75+0,132∙7,25+0,123∙7,75+0,095∙8,25+

+0,066∙8,75+0,049∙9,25+0,028∙9,75+0,007∙10,25+0,002∙10,75=6,29

б) для продукта:

m_x = 6,25∙0,002+6,75∙0,007+7,25∙0,028+7,75∙0,047+ +8,25∙0,066+8,75∙0,095+9,25∙0,123+9,75∙0,132+10,25∙0,123+ +10,75∙0,095+11,25∙0,066+11,75∙0,047+12,25∙0,028+ +12,75∙0,007+13,25∙0,002 = 8,46.

 

 

1.5 Определим дисперсию случайной  величины.

 

а) для примеси:

D(x) = (3,75-6,29)²∙0,002+(4,25-6,29)²∙0,007+(4,75-6,29)²∙0,028+(5,25-6,29)²∙0,047+(5,75-6,29)²∙0,066+(6,25-6,29)²∙0,095+(6,75-6,29)²∙0,123+(7,25-6,29)²∙0,132+(7,75-6,29)²∙0,123+(8,25-6,29)²∙0,095+(8,75-6,29)²∙0,066+(9,25-6,29)²∙0,047+(9,75-6,29)²∙0,028+(10,25-6,29)²∙0,007+(10,75-6,29)²∙0,002 = 2,244;

 

 

б) для продукта:

D(x) = (6,25-8,46)²∙0,002+(6,75-8,46)²∙0,007+(7,25-8,46)²∙0,028+(7,75-8,46)²∙0,047+(8,25-8,46)²∙0,066+(8,75-8,46)²∙0,095+(9,25-8,46)²∙0,123+(9,75-8,46)²∙0,132+(10,25-8,46)²∙0,123+(10,75-8,46)²∙0,095+(11,25-8,46)²∙0,066+(11,75-8,46)²∙0,047+(12,25-8,46)²∙0,028+(12,75-8,46)²∙0,007+(13,25-8,46)²∙0,002 =2,881.

 

1.6 Определим величину среднего  квадратичного отклонения

а) для примеси: ;

б) для продукта: .

1.7 Построим функцию распределения случайной величины

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.2 – Функции  распределения примеси и продукта.

D – величина делящего фактора;

Δ – интервал перекрытия;

Δ_o – интервал распределения всей смеси.

Из рисунка 1.2 видно, что:

- кривая распределения  имеет симметричный холмообразный  вид;

- максимальная ордината  кривой соответствует значению x=m_x;

- по мере удаления  от точки m_x плотность распределения падает, а при x→±∞ приближается к оси абсцисс.

Все эти признаки свидетельствуют о том, что распределение подчиняется нормальному закону, которое описывается уравнением Гаусса:

1.8 Уравнение Гаусса не вычисляется  через элементарную функцию, поэтому расчет ведется через сециальную функцию – интеграл вероятности:

Таким образом выражается вероятность попадания на участок  случайной величины x, распределенной по нормальному закону. Известно, что

,

откуда можно сделать вывод , что при значении x=±3σ+m почти все распределение сосредоточится на выбранном нами участке. Эта зависимость в целом позволяет определить размеры отверстий сит для классификации материалов.

Определим вероятность попадания  примеси в продукт. Примем α=6,7, β= =6,29+3∙1,49=10,76, тогда

что соответствует требованию задачи (содержание примеси в очищенном продукте должно составлять 3-7%).

Определим вероятность попадания  продукта в примесь. Примем α= =8,46–3∙1,69=3,39; β=6,7, тогда

1.9 Исходя из полученных результатов можно подобрать сито для разделения смеси. Сито является основной частью всех просеивающих машин. Сита различаются по материалу, из которого они изготовлены, и по способу их изготовления. В данном случае выбираем пробивное сито со штампованными отверстиями круглой формы, рабочий размер D=6,7, соответственно номер сита 67 (рисунок 1.3).

С такими размерами отверстий сита почти вся примесь и 9,9% продукта будет уходить в проход, а 90,1% продукта и 6,5% примеси – в сход, что не противоречит исходным требованиям.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.3 – Ячейка сита со штампованными отверстиями круглой формы

 

На рисунке 1.4 представлена схема сита. Расчеты показывают, что при таком расположении ячеек площадь живого сечения на изображенном участке будет равной:

F_с=17∙6,7∙12=1509,6 мм²;

площадь всего участка (расчет из схемы сита)

F=45,6∙67,5=3078 мм²;

величина живого сечения  сита

.

Это соответствует рекомендуемым  значениям для пробивных сит.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.4 – Фрагмент поверхности пробивного сита

 

 2 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ  ВАЛЬЦОВОЙ ДРОБИЛКИ

Расчет параметров рабочих  органов дробилки.

2.1 Технологическая схема работы вальцовой дробилки:

_{Чтобы кусок материала  был захвачен вальцами и раздавливался, необходимо выполнение следующего условия:}      

_{tg α  ≤  f,}

_{где α – угол захвата частицы; f – коэффициент трения частицы о поверхность вальца;}

_{Преобразовав, получим  выражение, получим:}

_{tg α ≤ tg β;  α ≤ β,}

_{где β – угол трения частицы о поверхность вальца.}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_{Диаметр вальца определяют из условия  затягивания частицы  материала, в зазор  между вальцами.  Частица, находящаяся  между гладкими вальцами, вращающимися с одинаковыми угловыми скоростями, увлекается силами трения Fтр в зазор (диаметры вальцов одинаковы). Однако войти в зазор, не деформировавшись, частица воспринимает со стороны вальцов нормальные усилия P. Если при этом разность вертикальных составляющих будет направлена к зазору (вниз), то частица, разрушаясь, попадает в зазор, если эта разность направлена от зазора (вверх), то вальцы не смогут захватить частицу и увлечь ее в зазор. Так как}