2. Техническая характеристика конструкции

В этой части проекта приводятся основные показатели (производительность, технические параметры, мощность установленных двигателей, их тип, габариты, масса и т.д.) с указанием единиц измерений. К технической характеристике относят и технологические параметры. Их можно совместить с общими показателями или выделить отдельно.

Как правило, эти сведения занимают не более 1 страницы.

В некоторых случаях части 1 и 3 этого раздела (назначение и техническая характеристика изделия) могут быть объединены в одну.

3. Расчеты, подтверждающие работоспособность конструкции

В самом начале этого подраздела особо подчеркиваем, что все расчеты студентом выполняются не ради демонстрации тех или иных знаний (лишь бы что-то рассчитать и украсить проект), а исходя из действительной необходимости при модернизации машины, аппарата или устройства. Если модернизация оборудования может быть выполнена без расчетов, то они и не приводятся в записке.

Расчетная часть проекта включает технологические, кинематические, энергетические, конструктивные и прочностные расчеты. В зависимости от темы проекта раздел может включать гидравлические и другие виды расчетов.

Оформление расчетной части (текста, формул, таблиц, схем, ссылок) производится в соответствии с настоящими методическими указаниями.

Объем этой части пояснительной записки – 15 – 25 страниц.

1. Технологические расчеты

Под технологическим расчетом проектируемого объекта обычно понимается совокупность расчётов, связанных непосредственно с особенностями и рабочими параметрами технологического процесса, осуществляемого этим объектом.

Основной целью технологического расчета является определение исходного значения величины, необходимой при выполнении конструкторской проработки проектируемого объекта, а также для проведения последующих специальных расчётов его отдельных элементов (кинематического расчёта, расчёта на прочность, теплотехнического расчёта и др.).

Важнейшей характеристикой технологического оборудования является его производительность, под которой понимается количество (массовое, объёмное, штучное) продукции, полученное в единицу времени с этого оборудования. Производительность П, на которую должен быть рассчитан проектируемый объект, определяется следующим образом:

П=(С_т-ΣС_n) / (t_в+Σt_э), (3.1)

где G_т – требуемое количество продукции (массовое – кг, объёмное – м³, или штучное – шт.);

ΣG_п – сумма возможных потерь продукция (кг, м³, шт.);

t_в – время работы оборудования (с, мин, ч );

t_э – эксплуатационные потери времени (с, мин, ч).

Так в самом общем виде рассчитывается производительность любого оборудования, будь то производственный участок, отдельная машина или часть ее, т.е. любой проектируемый объект производственного назначения. Неважно в данном случае также и то, является ли проектируемый объект объектом непрерывного или периодического действия, обрабатывается продукция в виде сплошной массы, дозами или поштучно.

Полученная величина производительности является основным исходным параметром для расчета всех остальных необходимых параметров проектируемого объекта. Она определяет как размеры самого объекта, так и отдельных его частей: рабочих объемов, наполнительных или активных емкостей, габариты рабочих объемов и деталей и многое другое. Кроме того, от величины производительности зависят кинематические и силовые характеристики приводных механизмов, а также величина потребляемой энергии. От правильного нахождения указанных параметров, в основном, зависят работоспособность проектируемой конструкции, ее надежность и долговечность.

Для оборудования, работающего периодически, конструктивные параметры зависят как от величины производительности и времени обработки продукта, так и от времени загрузки и выгрузки рабочего объема.

Для оборудования, работающего непрерывно, время загрузки и время выгрузки не учитывается, так как они совмещены с обработкой продукта, но должна быть известна (задана или найдена) скорость движения продукта.

Для определения конструктивных параметров обычно пользуются величиной объемной производительности W (м³/с), которая находится из отношения:

W=G/ρ (3.2)

где G – массовая производительность (т.е. производительность по массе продукта, выданной в единицу времени), кг/с; ρ – плотность продукта, кг/м³.

Зная объемную производительность W и суммарное время, затраченное на загрузку, обработку в выгрузку определенной рабочей емкости объекта Σ t (с), находят вместимость этой емкости V (м³):

V = W • Σ t (3.3)

Величину полученной вместимости корректируют, умножая её на соответствующий коэффициент, учитывающий определённые поправки: на запас емкости, расширение или вспенивание продукта, неравномерное его распределение и т.д., а затем определяют габариты емкости, задаваясь ее формой и некоторыми размерами, исходя из конструктивных соображений.

Для объекта непрерывного действия объем V (м³) элемента, пропускающего поток продукта, определяется тоже величиной объемной производительности W и временем технологической обработки продукта в данном месте t (с) (или временем технологической операции):

V = W • t (3.4)

Как уже отмечалось ранее, для объекта непрерывного действия обычно определяется скорость потока продукта. Эта величина принимается на основании практического опыта эксплуатации подобных устройств, либо по данным экспериментальных исследований. При известной скорости потока υ можно определить его фактическое сечение F (м²):

F = W / υ (3.5)

а также длину потока L (м), если за время движения продукта происходит его обработка:

L= υ • t (3.6)

где t - длительность технологической операции (с).

По найденной величине сечения потока легко определить сечение канала, учитывая реальный процесс течения материала, т.е. вводя поправочные коэффициенты на неравномерность заполнения канала, неравномерность или колебания скорости, установку в канале различных конструктивных элементов, сопротивление потоку и т.п. По найденному таким образом сечению канала можно определить его размеры при заданной геометрической форме.

Обычно производственный участок или технологическая машина имеют несколько различных устройств, пропускающих через себя и обрабатывающих продукт, которые могут быть либо периодического, либо непрерывного действия. Студенту необходимо досконально разобраться в заданном технологическом процессе, расчленив его на отдельные элементы по выполнению определённых технологических операций, тщательно и обоснованно определить производительность и, принимая во внимание вышеизложенное, обосновать выбор конструктивных параметров элемента.

Величина фактической производительности проектируемого объекта является исходным фактором для определения основных кинематических параметров рабочих органов. Обрабатывая продукт (непрерывно или периодически), последние должны иметь определённый закон движения, двигаться с определенной скоростью или частотой вращения. Это необходимо для получения единицы продукта (или единицы массы) в строго определенный промежуток времени - рабочий цикл Т_р, который является величиной обратной производительности П, например, машина выдает 30 штук изделий за одну минуту (60 с), то ее рабочий цикл равен:

Тр=60/П, с; Тр=60/30; Тр=2, с.

т.е. через каждые 2 сек. машина выдает одно готовое изделие.

Определив, таким образом, рабочий цикл, студент тем самым может найти необходимый ритм работы отдельных рабочих органов машины, а при известных конструктивных параметрах последних определить их необходимые скорости движения.

Такова общая схема определения кинематических параметров проектируемого объекта. Конкретные методы их расчета определяются многими факторами, зависящими как от конструктивных особенностей проектируемого оборудования, так и от свойств обрабатываемой пищевой среды, особенностей осуществляемого в машине технологического процесса, видов используемых механизмов и многого другого. Ограниченный объем настоящих методических указаний не позволяет нам рассмотреть все возможные варианты подобных расчетов, а ограничиться только самыми общими положениями.

1. По заданной производительности машины определяется ритм выдачи изделий.

2. По времени рабочего цикла и известных величинах ходов или шагов исполнительных механизмов определяется их скорость и частота вращения ведущих звеньев.

3. Для машин непрерывного действия по формулам производительности, взятым из курсов технологического оборудования данной отрасли промышленности, определяются указанные кинематические параметры. Для этого формулы преобразовываются в уравнения, выраженные относительно интересующих кинематических параметров (обычно относительно скорости движения продукта или движущего продукт рабочего органа).

Необходимо помнить, что данные рассматриваемого технологического расчета по определению кинематических параметров являются основными и исходными для проведения кинематического расчёта всех приводных цепей проектируемого объекта. В связи с этим, если считать, что обычно машина приводится в движение электродвигателем, то последнее звено кинематической цепи, являясь ведущим для привода рабочих органов машины, должно иметь вращательное движение, частоту вращения которого необходимо и определить здесь, в технологическом расчете.

Технологический расчет предполагает также определение основных силовых параметров проектируемого объекта, т.е. определение нагрузок на рабочие органы конструкции, находящиеся в соприкосновении с пищевой средой и обрабатывающие ее, а также влияние внешних сил: давлений, сопротивлений, сил тяжести и сил инерции на отдельные элементы или детали. Вопрос об определении действующих на детали и конструкции сил имеет большое практическое значение для расчета на прочность этих деталей, определение энергии, потребной для работы механизма, определения трения в кинематических парах, расчёта на надежность и долговечность элементов конструкции.