Модернизация куттера

Действительное значение диаметра шкива лежит в получившейся области значений, поэтому принимаем  данный диаметр d₂=140 мм без изменений.

В данной конструкции куттера  для уменьшения габаритов и энергопотребления  удалён двигатель, предназначенный  для перемешивания фарша, а вместо этого установлен частотный преобразователь, который позволяет двигателю  ножевого вала вращаться с любой  частотой. Из-за низкой надёжности электродвигателей отечественного производства выбираем двигатель с частотой вращения максимально приближенной к частоте вращения ножевого вала. Выбираем АИР 225 М4/2 М1002 ГОСТ 183-74 п₁=3000 мин^-1, и мощностью Р₁=48 кВт тогда передаточное отношение ремённой передачи

 

                                     ,                                                      (3.11)

 

.

Диаметр шкива на валу двигателя d₁, мм

 

                                     ,                                                      (3.12)

 

 мм.

Уточним диаметр с учётом скольжения ε

 

                                     ,                                               (3.13)

Для передач с регулируемым натяжением ремня ε=0,01

мм.

Принимаем d₁=212мм вместо изначального диаметра 200мм.

Проверим, достаточно ли мощности, кВт выбранного электродвигателя для  проведения процесса

 

                                     ,                                                (3.14)

 

где   Р₂ – мощность на ножевом валу, Р₂=45,22 кВт;

η_р.п. – КПД ремённой передачи, η_р.п.=0,96;

η_п.п. – КПД подшипниковой пары, η_п.п=0,99,

 кВт.

Данный двигатель удовлетворяет  условию.

Межосевое расстояние назначаем исходя из конструкции  куттера a_ω=700 мм.

Длина ремня L, м, при этом составит [16]

 

                                 ,                          (3.15)

 

где а – предварительное значение длины ремня, принимаем а=1400 мм,

 м.

Из стандартного ряда длин по ГОСТ 1284.1-89 выбираем ремень длиной 2м.

Уточняем межосевое расстояние, м

 

                                ,                           (3.16)

 

где W, м

 

                                   ,                                            (3.17)

 

 м,

 

                            ,                                                 (3.18)

 м².

Межосевое расстояние при  этом

 м.

Угол обхвата ремня, град

 

                                  ,                                            (3.19)

.

Получившийся угол больше допустимого [α]=90°, следовательно передача работоспособна.

При монтаже передачи необходимо обеспечить возможность межосевого расстояния на 0,01∙L=0,01∙2=0,02 м, для обеспечения свободного надевания ремней на шкивы, и предусмотреть возможность увеличения межосевого расстояния на 0,025∙L=0,025∙2=0,05 м, для натяжения ремней.

Число ремней, необходимых  для передачи заданной мощности z, шт, определяем

 

                                    ,                                                (3.20)

где   Р – передаваемая мощность, кВт;

С_р – коэффициент режима работы, С_р=1,2(для двухсменной работы оборудования);

[Р] – допустимое значение передаваемой мощности , приходящейся на один ремень, кВт,

 

,                                              (3.21)

 

где  Р₀ – допустимое значение передаваемой мощности, приходящейся на один ремень без учёта поправочных коэффициентов, кВт, для данного ремня Р₀=9,4 кВт;

С_L – коэффициент, учитывающий длину ремня, для L=2 м, С_L=0,82;

С_α – коэффициент, учитывающий угол обхвата, при α=168˚, С_α=0,99;

С_Z – коэффициент, учитывающий число ремней в приводе, С_Z=1,

 кВт.

Тогда число ремней

.

Принимаем число ремней z=8 шт.

Определим силы натяжения  в ремне.

Предварительное натяжение  ветвей, Н

 

                                ,                                       (3.22)

где θ – коэффициент, учитывающий центробежную силу, Н∙с²/м², для ремня, сечением В, θ=0,18;

v – линейная скорость ремня, м/с,

 

                            ,                                                  (3.23)

 м/с.

Тогда сила

 Н.

Сила, действующая на валы, Н

 

                                  ,                                                (3.24)

 

 Н.

Рабочий ресурс ремней, ч

 

                                 ,                         (3.25)

 

где N_ОЦ – количество циклов совершаемых ремнём, необходимое число N_ОЦ=1,5∙10¹²;

σ_-1 – допустимое напряжение при симметричном цикле, МПа, σ₁=7 МПа;

σ_max – максимальное напряжение в сечении ремня, МПа;

С_Н – коэффициент периодичности нагрузки, С_Н=2;

С_i – коэффициент, учитывающий влияние передаточного отношения

 

  ,                                               (3.26)

.

Максимальное напряжение в сечении ремня, МПа будет  определяться по зависимости

,                                              (3.27)

 

где σ₁ – напряжение от растяжения ремня, МПа

 

,                                                      (3.28)

 

где S – площадь сечения ремня, м², S=81,2∙10^-6 м²;

F₁ – натяжение ведущей ветви, Н

 

,                                                (3.29)

 

где F_t – окружная сила, Н, в ремённой передаче

 

  ,                                                      (3.30)

 Н,

 Н.

Напряжение при найденных  значениях параметров

 МПа.

Напряжение от изгиба ремня, МПа 

 

                                     ,                                                      (3.31)

 

где  Е_и – модуль упругости, МПа, для резинотканевых тканей Е_и=150 МПа;

h – высота ремня, м, h=0,015 м,

 МПа.

Напряжение от центробежной силы, МПа

 

  ,                                               (3.32)

 

где ρ – плотность ремня, кг/м³, ρ=1150 кг/м³

 МПа,

Таким образом, максимальное напряжение

                                  МПа,

Ресурс ремня составит

                                ч,

Допустимое значение ресурса [H₀]=2000 ч, что меньше получившегося, следовательно оставим в приводе данный тип ремней.

Таким образом в приводе подвергается изменению только шкив на валу двигателя, у которого увеличился диаметр.

 

3.2.2 Расчёт привода чаши

Привод чаши состоит из электродвигателя 4АМ100 L4/2 У3М 1081ТУ 16-525.556-84, мощностью N₁=4,2 кВт и с частотой вращения п₁=3000 мин^-1, клиноремённой передачи и червячного редуктора с передаточным отношением i_ч.р.=58. Так как в конструкции привода чаши существенных изменений не произошло, то выполним проверочный расчёт привода.

Необходимая мощность вращения чаши, Вт

 

                                   ,                                                    (3.33)

 

где F – сила инерции чаши, Н,

                                  ,                                                   (3.33)

где т – масса чаши с фаршем, кг,

 

                                 ,                                               (3.34)

 

где  т_ч – масса чаши, кг, т_ч=223 кг;

ρ_ф – плотность фарша, ρ_ф=1100 кг/м³;

α – коэффициент загрузки чаши по основному сырью, α=0,7;

V – ёмкость чаши, м³, V=0,125 м³,

                         кг,

v_ч – линейная скорость вращения чаши, м/с

 

                             ,                                                   (3.35)

 

где п_ч – частота вращения чаши, мин^-1, п_ч=16,6 мин^-1;

d_ч – диаметр чаши. м, d_ч=1,362 м,

 м/с,

Сила инерции

 Н,

Необходимая мощность

 Вт.

Найдём КПД привода:

,                                              (3.36)

 

где  η_р.п. – КПД ремённой передачи, η_р.п.=0,96;

η_ч.р. – КПД червячного редуктора, η_ч.р.=0,8;

η_м – КПД муфты, η_м.=0,98;

η_п.п. – КПД подшипниковой пары, η_р.п.=0,99;

.

Необходимая мощность двигателя, Вт

 

                                    ,                                                       (3.37)

 

 Вт.

Получившееся значение мощности получилось меньше мощности двигателя, поэтому оставляем его в приводе.

Проверим передаточное отношение  привода

 

                                    ,                                                  (3.38)

 

где i_р.п. – передаточное отношение ремённой передачи

                                    ,                                                      (3.39)

где d₁, d₂ – диаметры шкивов, м, d₁=63мм, d₂=200мм

,

Передаточное отношение  червячного редуктора i_ч.р.

 

,                                                     (3.40)

 

где  z₁ – число заходов червяка, z₁=1;

z₂ – число зубьев зубчатого колеса, z₂=58,

,

Общее отношение

,

Необходимая частота вращения двигателя, мин^-1

 

                                   ,                                                  (3.41)

 

 мин^-1,

Получившаяся разница  между частотой вращения двигателя  и необходимой частотой

 

                                   %,                                           (3.42)

 

%,

Разница получилась меньше 5%, поэтому оставляем двигатель 4АМ100 L4/2 У3М 1081ТУ 16-525.556-84.

 

 

3.3 Энергетический расчёт  куттера

 

В энергетическом расчёте  определяются основные энергетические характеристики машины [18].

Суммарная мощность электродвигателей  куттера, кВт, определяется по формуле

 

                                   ,                                 (3.43)

 

где   N₁ – мощность, затрачиваемая на процесс куттирования, кВт, N₁=48 кВт;

N₂ – мощность, затрачиваемая на вращение чаши, кВт, N₂=4,2 кВт;

N₃ – мощность, затрачиваемая на загрузку исходного сырья, кВт, N₃=1,5 кВт;

N₄ – мощность, затрачиваемая на выгрузку готового фарша, кВт, N₄=0,75 кВт;

N₅ – мощность, затрачиваемая на создание вакуума в аппарате, кВт, N₅=7,5 кВт;

N₆ – мощность двигателя гидростанции, кВт, N₆=2,2 кВт,

                                 N=48+4,2+1,5+0,75+7,5+2,2=64,2 кВт.

Общий КПД куттера будет  определяться

 

                                    ,                                                      (3.44)

 

где N_к – мощность, затрачиваемая непосредственно на куттерование, кВт, N_к=45 кВт,

.

Определим удельный расход энергии, (кВт∙ч)/кг

 

                                     ,                                                     (4.45)

(кВт∙ч)/кг.

Определим КПД и удельный расход энергии для исходной модели куттера и сравним эти значения со значениями модернизированной конструкции. Для этого найдём мощность куттерования без поправки к_м

N₀=1,52∙0,069∙0,7∙6∙75,9=34,78 кВт.

КПД не модернизированного куттера

.

Удельный расход энергии  не модернизированного куттера

(кВт∙ч)/кг.

Определим разницу между  полученными значениями

 

                                    ,                                              (3.46)