N1 = |
P Vo |
, |
(35) |
|
102 |
||||
|
|
|
где P – сила трения, возникающая при движении материала по тарелке, Н; Vo – скорость движения материала, сбрасываемого с тарелки, м/с. Сила трения P, возникающая при движении материала по тарелке,
определяется по формуле: |
|
P = Fo L ρ g f , |
(36) |
где L – путь перемещения материала, м; ρ – объемная масса материала, кг/м3;
f – коэффициент трения материала о тарелку;
Fo – площадь поперечного сечения кольца сбрасываемого продукта (м2), определяется по формуле:
F |
= |
|
|
h2 |
|
|
. |
|
|
(37) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
o |
2 |
tgϕ |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||||
Скорость движения материала Vо |
(м/с), сбрасываемого с тарелки, |
||||||||||
определяется по формуле: |
|
2 π Ro |
n |
|
|
||||||
Vo |
= |
. |
(38) |
||||||||
|
|
|
60 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Разработка кинематической схемы |
тарельчатого дозатора, |
выбор и |
|||||||||
расчет элементов конструкции привода производятся по методике, используемой для расчета барабанного дозатора.
3.2.Задание и его выполнение
3.2.1.Расчет объемного дозатора барабанного типа
Рассчитать барабанный дозатор макаронного пресса для дозирования муки.
Производительность – регулируемая от 0 до 300 кг/ч, мука хлебопекарная, высший сорт. Емкость мучного бункера – 30 кг.
Определить геометрические и кинематические параметры дозатора. Структурно-механические свойства муки определяем по таблице
(Приложение 2).
При влажности муки W=13…14% объемная масса хлебопекарной муки составляет ρ = 550 кг/м3; угол естественного откоса равен ϕо = 47о.
Выбираем схему барабанного дозатора, которая представлена на рис.10.
Дозатор состоит из приемного мучного бункера и собственно дозатора. Мучной бункер имеет ворошитель, для разрушения образующихся сводов. Рабочим органом дозатора является барабан с канавками. Для очистки поверхности барабана служит щетка. Для регулирования частоты вращения барабана, а соответственно, и
36
производительности используем кулачково-храповой регулятор оборотов вала барабана.
Исходя из литературных данных и физико-механических свойств
муки, максимальная частота вращения вала барабана дозатора должна быть nб < 45мин –1.
Исходя из конструкции и производительности дозатора, задаемся геометрическими размерами барабана.
Диаметр барабана – Dб = 0,075 м. Длина канавок барабана – l = 0,1 м. Число канавок – z = 8.
Радиус проточки канавки барабана – r = 0,0135 м.
ìóêà
1
2
5 |
3 |
4
Рис.10. Схема барабанного дозатора:
1 – мучной бункер; 2 – ворошитель; 3 – корпус дозатора; 4 – барабан; 5 – щетка
Рассчитаем площадь поперечного сечения канавки барабана, профиль сечения канавки выбираем в зависимости от параметров хлебопекарной муки в виде сегмента, сечение барабана показано на рис.11.
Площадь поперечного сечения канавки определяем математическим способом, она равна сумме площадей сегментов с радиусами r и R = D/2.
Определяем размеры стрелок h1 и h2, зная, что длина хорды у этих сегментов одинакова. Длина [4] хорды определяется по формуле:
c = 2 h (2 r − h), |
(39) |
где r =13,5 мм; R = 37,5 мм; h2 = r – h1 =(13,5 – h1).
Подставляем значения радиусов и стрелок в формулу (39) и проводим преобразования:
37
|
|
|
2 h1 (2 r −h1 ) = 2 h2 (2 R −h2 ); |
|
|
||||
|
|
h1 (2 13,5 − h1 )= (13,5 − h1 ) (2 37,5 −13,5 + h1 ); |
|
||||||
|
|
|
|
|
h1 =10,896 мм. |
|
|
|
|
Отсюда: |
|
h2 |
= |
(13,5 − h1 )=13,5 −10,896 = 2,604 мм. |
|
|
|||
|
|
|
|
||||||
Длину хорды определяем по формуле (39): |
|
|
|
|
|||||
|
|
с = 2 |
|
10,896 (2 13,5 −10,896)= 26,49 мм. |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
α1 |
|
|
|
|
0' |
|
|
|
|
|
|
|
|
Å3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
|
4 |
Å |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
h |
|
|
|
|
|
R13,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
l 1 |
|
|
|
|
|
Ç7 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
α 2 |
|
5 |
I |
|
|
|
|
|
|
7, |
||
|
|
|
|
|
|
|
R3 |
|
|
l 2
Рис.11. Схема поперечного сечения барабана |
|
|||||||
Величину центрального угла определяем из формулы: |
|
|||||||
c = 2 r sin(α / 2) , |
|
(40) |
||||||
arcsin(α1 |
/ 2)= |
|
|
c |
|
= 26,49 /(2 13,5)= 0,9812. |
|
|
2 |
r |
|
||||||
Отсюда: |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
α1 |
= 78,88o |
или |
α1 =157,76o ; |
|
||||
2 |
|
|
|
c |
|
|
|
|
arcsin(α2 / 2)= |
|
|
= 26,49 /(2 37,5)= 0,3784. |
|
||||
2 |
R |
|
||||||
Отсюда: |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
α2 |
= 22,24o |
или |
α2 = 44,47o . |
|
||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Длину дуги соответствующих сегментов определяем по формуле: |
||||||||
|
|
|
l = 0,01745 r α . |
(41) |
||||
38
l1 = 0,01745 r α1 = 0,01745 13,5 157,76 = 37,16 мм. l2 = 0,01745 R α2 = 0,0174 37,5 44,47 = 29,1 мм.
Площадь отдельных сегментов определяем по формуле: |
|
F = 0,5 [r l − c (r − h)]. |
(42) |
Площадь поперечного сечения канавки определяем по формуле: |
|
FC = F1 + F2 . |
(43) |
Подставим в формулу (43) значения площадей отдельных сегментов:
FC = 0,5 [r l1 −c(r − h1 )]+ 0,5 [R l2 −c(R − h2 )]= 12 [13,5 37,16 − 24,49 (13,5 −
−10,896)] + |
1 |
[37,5 29,1− 24,49 (37,5 − 2,604)]= 337,268 мм2 |
|
2 |
|||
|
|
Отсюда площадь поперечного сечения канавки равна: Fс=3,37·10–4 м2. Определяем частоту вращения вала барабана nб (мин–1) из формулы (20), зная все необходимые параметры и задаваясь коэффициентом
заполнения канавок (k = 0,8).
n = |
|
|
300 |
= 42,16 мин –1. |
|
|
|
||
б |
60 |
3,37 |
10−4 0,1 8 550 |
|
|
|
Принимаем частоту вращения вала барабана: nб = 43 мин–1. Предлагаемый кулачково-храповой механизм при повороте
приводного вала на 360о позволяет изменять угол поворота барабана. Таким образом, барабан совершает неполный оборот и соответственно при этом уменьшается производительность дозатора по муке (уменьшение угла поворота барабана на один градус уменьшает производительность на 0,833 кг/ч), то есть имеется возможность регулировать подачу муки на замес теста.
Выбираем геометрические размеры ворошителя из расчета, что бункер вмещает 30 кг хлебопекарной муки.
Диаметр ротора Dр =390 мм; длина лопастей LЛ = 240 мм; число лопастей z =8 шт.; ширина лопасти b =8 мм.
Форму нижней части бункера выбираем по форме ворошителя, вид и размеры представлены на рис.12. Длина выпускного отверстия равна длине барабана, а ширина равна радиусу барабана.
Объем бункера V состоит из объемов нижней V1 и верхней V2
частей бункера. |
|
|
|
|
|
|
То есть V = V1 + V2 |
и составляет: |
|
|
|||
V = |
QМ |
|
30 |
|
|
3 |
|
= |
|
|
= 0,0682 |
м , |
|
ρ ψ |
550 0,8 |
|||||
где ψ - коэффициент заполнения бункера мукой, принимаем ψ = 0,8.
39
Объем нижней части бункера V1 равен: |
|
|
|
|||||||||
V = |
π Dр LЛ |
|
|
3,14 |
0,39 |
0,24 |
|
3 |
||||
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
= 0,0143 м . |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
1 |
|
8 |
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Объем верхней части бункера V2 равен: |
|
|
|
|||||||||
V =V −V = 0,0682 − 0,0143 = 0,0539 м3. |
|
|||||||||||
2 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тогда высота прямоугольной части бункера равна: |
|
|||||||||||
|
h = |
|
V2 |
|
= |
0,0539 |
= 0,576 м. |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
3 |
|
D LЛ |
|
|
|
0,39 0,24 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Принимаем h3 =0,580 м = 580 мм.
V 2
V 1
D P |
L Ë |
h'3
|
|
|
/ |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
D |
P |
|
|
= |
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
L
Рис.12. Внешний вид мучного бункера
Частоту вращения ворошителя принимаем:
nВОР = n2б = 432 = 21,5 мин–1.
Определяем мощность для привода дозатора по формуле (23). Определим силу для преодоления сопротивления внутреннего трения,
считая, что она равна:
P = p F1 tgϕo =V ρ tgϕo = 0,05454 550 tg47о = 32,17 кгс.
Мощность для привода барабана дозатора Nб (кВт) определяем по формуле (21), зная все необходимые параметры, а также принимаем k1 порошкообразных продуктов (k1 = 1,0) и k2 =1,25.
Nб = 0,0005 32,17 0,075 43 1 1,25 = 0,065 кВт.
40
Мощность для привода ворошителя NВ (кВт) определяем по формуле (22), принимая, что: число лопастей z = 8 шт.; коэффициент сопротивления
для муки k2 = 5000; высота лопасти h = LЛ =0,24 м; угловая скорость |
||
ворошителя ω =π nВОР / 30 = 3,14 21,5 / 30 = 2,25 с-1; |
наружный |
радиус |
вращения лопастей R1 = Dр/2 = 0,39/2 =0,195 м; |
внутренний |
радиус |
вращения лопастей r1 = R1 – b=0,195 – 0,008 =0,187 м. |
|
|
NВ = 8 5000 2,253 0,24 (0,1954 −0,1874 )= 0,06 кВт. 408
Общая мощность на валу барабанного дозатора Nд (кВт) определяется по формуле (23):
Nд = 0,065 + 0,06 = 0,125 кВт.
Для обеспечения вращения барабана дозатора и ворошителя с соответствующей частотой nб = 43 мин–1 и nвор =21,5 мин–1 разработаем кинематическую схему привода барабанного дозатора. Кинематическая схема представлена на рис.13.
В качестве привода применяем мотор-редуктор типа МПз2 с номинальной частотой вращения выходного вала n =22,4 мин–1.
Крутящий момент от мотор-редуктора через цепную передачу передается на приводной вал дозатора, а с этого вала также через цепную передачу на вал ворошителя.
1
2
3
Z
2
Z
=
1
21
i |
1 |
= 40
ω 3 |
= 2,25 /c |
|
|
Z |
2 |
= 44 |
4 |
|
|
|
|
i 2 = 2,0 |
|
||
ω |
2 |
= 4,50 /c |
|
Z |
1 |
= 22 |
5 |
|
|||
= 0,521 |
|
|
|
ÌÏç2-31,5-22,4 |
||
N |
1 |
=0,25 êÂò |
ω |
|
ý1 =2,34 /ñ |
Рис.13. Кинематическая схема барабанного дозатора:
1 – ворошитель; 2 – вал барабана; 3 – первая цепная передача; 4 – вторая цепная передача; 5 – мотор - редуктор
41
Общее передаточное число i в нашем случае состоит из произведения передаточного числа первой цепной передачи i1 и передаточного числа второй цепной передачи i2 и представлено измененной для нашего случая формулой (25):
i = i1. i2 .
Тогда общее передаточное число привода i определяем по формуле
(24):
i = 2221,,54 =1,042 .
Передаточное число второй цепной передачи, согласно технологическим расчетам, равно i2 = 2, тогда передаточное число первой цепной передачи равно:
= i =1,042 =
i1 0,521. i2 2
Цепные передачи рассчитываются по стандартной методике, представленной в курсе «Детали машин».
Общий коэффициент полезного действия можно определить по формуле (26):
η =η.1 η2. = 0,95 0,95 = 0,9025 ,
где η1 = η2 – КПД цепной передачи; η1 = η2 = 0,95.
Установленную мощность привода Nпр (кВт) определяем по формуле (27):
Nпр = 0,90250,125 = 0,139 кВт.
Определяем крутящий момент Mкр (H·м) на выходном валу моторредуктора по формуле (28):
Mкр = |
30 Nпр |
= |
30 0,139 1000 |
= 59,26 Н·м, |
|
π n |
3,14 22,4 |
||||
|
|
|
где Nпр – мощность на тихоходном валу редуктора, Вт; n – скорость вращения выходного вала привода.
Выбираем для привода барабанного дозатора по справочнику [8] мотор-редуктор МПз2-31,5-22,4 ЦТ2 ГОСТ 21356-75, электродвигатель 4АХ71В8Р3 с мощностью Nэ.д =0,25 кВт, частотой вращения n э.д = 690 мин–1, допускаемый крутящий момент на выходном валу Мкр =106 Н·м.
Как видно из расчетов, выбранный мотор-редуктор удовлетворяет поставленным условиям.
Варианты аналогичных заданий приведены в табл. 4.
42