Тестомесильные машины

5.1 Расход энергии  на замес теста

Для расчета и анализа  рабочего процесса составим баланс энергозатрат и оценим долю каждой из статей затрат в общем расходе энергии.

, (1.1)

где А₁ — работа, расходуемая на перемешивание массы; А₂ — работа, расходуемая на перемещение лопастей; А₃ — работа, расходуемая на нагрев теста и соприкасающихся с ним металлических частей машины;   — работа, расходуемая на изменение структуры теста.

А₁ = . (1.2)

где k — коэффициент подачи теста, показывающий, какая доля массы, захваченной месильной лопаткой, перемещается в осевом направлении; для такого типа машин £ = 0,1-0,5;   — высота лопатки;   — угол атаки лопатки; S — шаг образующей наклона лопатки.

Работу, расходуемую на привод месильных лопастей, определим по уравнению

, (1.3)

Работу, расходуемую на нагрев теста и соприкасающихся с  ним металлических частей машины за один оборот месильной лопатки,

 (1.4)

где m_Т — масса теста, находящегося в месильной емкости; m_ж — масса металлоконструкции машины, прогревающаяся при замесе; с_т, с_ж — средняя теплоемкость теста и металла;   — температура массы в начале смешивания и конце замеса;   — длительность замеса, с.

А₃ = 

Работу, расходуемую на изменение  структуры теста, определим из уравнения

На основании полученных данных составим баланс энергозатрат

Выразим составляющие баланса  в процентах:  =8,73%; А₂ = 3,3 %; А₃ = 87,4 %; А₄=0,44 %. [5]

5.2 Производительность  тестомесильной машины

Производительность тестомесильной машины непрерывного действия оценивают  по формуле

П_Н = z × (π ×D² / 240) ×s × ρ × n ×K₂×K₃, (2.1)

где z – число валов месильных органов, z = 2;

D – диаметр окружности, описываемой крайними точками

лопатки, D= 0,38 м;

n – частота вращения вала с лопатками, n=60 об/мин;

s – площадь лопатки, S=0,0035 м²;

ρ – плотность теста, , ρ =1100 кг/м³;

K₂ – коэффициент заполнения месильной камеры (K₂ = 0,3…0,7 )

K₃ – коэффициент подачи, K₃ = 0,3 … 0,5

5.3 Величину удельной  работы

Величину удельной работы при непрерывном замесе определяют по формуле

А = Р_дв / ( η П_н ), (3.1)

где А – удельная работа замеса, Дж/г; для обычного замеса ;

а = (2 … 4 )Дж/г;

Р_дв – мощность двигателя тестомесильной машины , кВт;

η – кпд привода, 0,8.

Из этого выражения  при известной производительности машины найдём мощность двигателя [4]

Р_дв = А × П_н × η

Р_дв = 4×0,8×21,6×1000/60 =3,264 кВт

5.4 Выбор моторредуктора

Выбираем моторредуктор большей ближайшей мощности для исключения перегрева при непрерывной работе со следующими характеристиками:

- мощность Р_дв = 4.0 кВт

- частота вращения выходного  вала n_мр = 150 об/мин

- кратность пускового  момента равна 1,4.

Выбор производится по таблице  мощности с учётом режима работы

Р_р = Р_дв К_р,

где К_р – коэффициент режима работы. При спокойной нагрузке с продолжительностью работы 20ч в сутки К_р = 1

Р_р = 4.0 ×1 = 4.0 кВт

- ή_р = 0,95;

- передаточное число u_р = 5

5.5 Кинематический  расчет привода

Передаточное число привода

u_о = n_мр / n_пр

u_о = 120 / 60 = 2

U_о = u_1-2* u_2-3=d₂/d_1*d₂/d₃

U_о =1,4*1,43 =2,01

где d₁, d₂, d₃ – делительные диаметры шестерен (на валу моторредуктора, на промежуточном валу, на приводном валу)

Определим крутящие моменты  на валах привода:

а) на валу двигателя (моторредуктора)

Т_дв = 9550 Р_дв / n_дв

Т_дв = 9550×4 / 150 =255 Н м

б) на промежуточном валу

Т_1-2 = Т_дв u_1-2 η = 255 × 1,4 × 0,95 =338,5 Н м

в) на приводном валу тестомесильной машины

Т_2-3 = Т_дв u_1-2 u_2-3 η η³_пп / 2 = 255 ×2×0,96× 0,99³ / 2 =489,6 Н м

Определим частоты вращения валов привода:

Вал моторредуктора

N_вх =n_дв = 150 об/ мин

Вал промежуточный

N_пром = n_вх / u_1-2 = 150 /1,4 = 107 об/ мин

Вал приводной тестомесильной машины

N_пр = n / u_о = 150 / 2 = 60 об/ мин

5.6 Расчет зубчатой  цилиндрической передачи

Исходные данные для расчёта  зубчатой цилиндрической прямозубой передачи

Крутящий момент на валу шестерни

Т₁ = 489,6 Н м

Передаточное число

u = 1,4

Частота вращения вала шестерни

n₁ = n_вх = 60 об/ мин

Для шестерни выбираем сталь 40Х, термообработка – улучшение, назначаем  твердость рабочих поверхностей зубьев шестерни. [4]

так как передача работает продолжительное время, то коэффициент  долговечности для шестерни

K_HL1 = K_HL2 = 1

Определим допускаемые контактные напряжения для шестерни

где  базовый предел выносливости рабочих поверхностей зубьев;

коэффициент безопасности;

Допускаемые контактные напряжения для расчета прямозубой ступени

Расчет допускаемых контактных напряжений для проверки передачи при  перегрузках

где 

Расчет допускаемых напряжений изгиба для прямозубой передачи

где  коэффициент безопасности ;

коэффициент, учитывающий влияние  двустороннего приложения нагрузки ( -односторонняя нагрузка),

- коэффициент долговечности,  =1

 предел выносливости зубьев при изгибе

 табл. 8.9 Иванов М.Н. – Детали машин [4]

Допускаемые напряжения при  перегрузке

Определим допускаемые напряжения изгиба для прямозубой выходной ступени

Межосевое расстояние a=180 мм

Модуль зацепления m=(0.01…0.02)·a

M=0.015·180=2.7

Принимаем равной m=3

Число зубьев шестерни

 приводной вал

 промежуточный вал

Делительные диаметры шестерни

Диаметр вершины зубьев

d_a1=d₁+2m=150+2*3=156мм

d_a2=d₂+2m=210+2*3=216мм

Диаметр впадин

d_f1=d₁ -2.5m=150-2.5*3=142.5мм

d_f2=d₂ -2.5m=210-2.5*3=202.5мм

5.7 Проектирование  приводного вала

а) Диаметр вала под подшипником

[τ_кр] = 25МПа

d_п =   (7.1)

d_п =  46мм

Принимаем диаметр вала под  подшипник равным d_п = 45мм

б) Определяем диаметр вала под зубчатое колесо из уравнения

d_п = d_к + 2h,

где h – высота буртика.

Принимаем по рекомендациям h = 2 мм, тогда:

45 = d_к + 2·2

Откуда d_к= 42 мм.

в) Диаметр вала под уплотнение:

d_у1 = d_п = 45мм.

d_у2 = d_п =45+2h=45+2·3=50мм

Принимаем по рекомендациям h = 4 мм

г) Диаметр вала под крепление  лопатки

d_вл = d_п +2×h= 45+2×3=50 мм.

Вал устанавливаем на радиальных сферических двухрядных шарикоподшипниках  средней серии №1309 (С = 58,6 кН; С₀ = 35,9 кН).

5.8 Расчетная схема  приводного вала

Нагрузки на вал: а) радиальная F_R и окружная F_t силы от цилиндрического прямозубого колеса; б) окружная сила от лопатки тестомесильной машины F_tl (их 11)

;

F_л = 315 Н, F_t = 6480 Н, F_tl = 2105 Н;

T= F_t ·d₁/2 – крутящий момент с шестерни.

а) Построим расчетную схему  приводного вала

Определим реакции в опорах вала в вертикальной плоскости:

;

R_BB= 113 H;

R_AB=1943Н;

Т_л=F_л*140=315*0,140=44 Нм.

Проверка:

.

б) Построим эпюру изгибающих моментов в вертикальной плоскости.

Изгибающий момент на опоре А:

М_AB =- F_R 0,11 = -2105·0,11=231 Н мм.

Определим реакции в опорах вала в горизонтальной плоскости:

;

R_ВГ = 792Н;

R_AГ = 6960Н.

Проверка:

.

в) Построим эпюру изгибающих моментов в горизонтальной плоскости

Изгибающий момент на опоре А

M_AГ = -F_t 0,11-Т = -6480 ·0,11-486=1198 Н мм.

Определим суммарный изгибающий момент в опасном сечении на опоре А

Суммарные радиальные реакции  в опорах А и В вала

5.9 Проверка приводного  вала на усталостную прочность

Исходные данные: М = 1220 Нм, Т = 489,6 Нм, d =45 мм

Коэффициент запаса усталостной  прочности:

где   и   - коэффициенты запаса усталостной прочности по нормальным и касательным напряжениям

;  ,

где   и  - амплитуды переменных составляющих циклов напряжений

;  ;

 и  - постоянные составляющие циклов напряжений;

,  .

 и  - коэффициенты, корректирующие влияние постоянных составляющих циклов напряжений на сопротивление усталости

,  .

 и  - пределы выносливости.

Для стали 45 при  _в = 600 МПа пределы выносливости по нормальным и касательным напряжениям соответственно равны:

,  ;

где   и  - масштабный фактор, и фактор шероховатости,

для приводного вала    ;

и  - эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении ;

и  .

Тогда

 ; ;

;

.

Фактический запас вала сопротивлению  усталости

5.12 Подбор и  проверка муфт

На выходном валу моторредуктора устанавливаем муфту компенсирующую упругую втулочно–пальцевую типа МУВП.

Определяем величину расчётного момента Т_р.

Т_р=k_p·Т_вх £ [Т],

где Т_р – величина расчётного момента передаваемого муфтой, Нм;

k_p – коэффициент режима работы, учитывающий характер нагрузки и режим работы, k_p =1,3 табл. 11.3 [4];

[Т] – допускаемый крутящий  момент, на передачу которого  рассчитана муфта, Нм. табл. 11.5. [10];

Т_р=1,3·255=331 Нм.

Т_р = 331< [Т] = 500 – условие выполняется

Выбираем муфту упругую  втулочно-пальцевую МУВП – 500–25–1.1–У3 ГОСТ 21424–74 табл. 11.5 [4]..

Коэффициент применяемости

K_пр=[(z_ст+z_ун+z_н)/( z_ст+z_ун+z_н+z_ор)]100%

z_ст – сумма стандартных деталей; z_ун – сумма унифицированных деталей; z_н – сумма нормализованных деталей.

K_пр=172/201·100%=85,5 %

Коэффициент повторяемости

K_п=(z_ст+z_ун+z_н)/P_ст

К_п=172/120=1,43

Заключение

В данной работе дана классификация  тестомесильных машин, используемых на современных пищевых предприятиях, обеспечивающих высокий уровень  производства и увеличивающих его  производительность. Приведен анализ тестомесильных машин периодического и непрерывного действия, который  показывает основную зависимость типа машины от вида используемого сырья; рассмотрено устройство и конструктивные особенности, приведены технические  характеристики отечественных и  импортных тестомесильных машин.

Дано описание тестомесильных машин конструкции И8-ХТА-12/1; указана  область её применения в поточной линии; правильность монтажа и обслуживания, рассмотрены конструкции, принцип  работы и технические характеристики.

Приведены расчеты расхода  энергии на замес теста, производительности, приводного вала, шестерни. Был выбран привод и рассчитаны его основные параметры, подобран моторредуктор.

В результате проведенных  исследований было установлено, что  тестомесильная машина, используемая в пищевых производствах, является высокоэффективным технологическим  оборудованием, которое значительно  повышает производительность труда.

Список литературы

1. Азаров Б.М. Технологическое оборудование хлебопекарных и макаронных предприятий: Учеб. пособие /Б.М. Азаров., А.Т. Лисовенко., С.А. Мачихин– М.:Агропромиздат, 1986. – 263 с.
2. Антипов С.Т. Машины и аппараты пищевых производств. В 2 кн. /С.Т.Антипов, И.Т. Кретов и др.; Под ред. акад. РАСХН В.А. Панфилова. – М.: Высш. шк., 2001. – 703 с.: ил.
3. Головань Ю.П. Технологическое оборудование хлебопекарных предприятий./Ю.П. Головань - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. – 432 с.: ил.
4. Иванов М.Н. Детали машин: Учеб. пособие / М.Н.Иванов. – М.: Высш. шк., 1984
5. Лисовенко А.Т. Смесительные машины в хлебопекарной и кондитерской промышленности: Учебное пособие /А.Т. Лисовенко, И.Н. Литовченко, И.В. Зирнис и др.; Под ред. А.Т. Лисовенко. – К.: Урожай, 1990. – 192 с, ил.
6. Прейс В.В. Проектирование машин и аппаратов пищевых и перерабатывающих производств. Учебное пособие. Тула: Изд-во ТулГУ. 2005.- 156 с.
7. Чернавский С.А. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие / С.А.Чернавский, К.Н Боков, И.М. Чернин и др. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1988. – 416 с.: ил.