Таблица 4 Исходные данные для расчета барабанного дозатора
Номер |
Вид продукта |
Произво- |
Насыпная |
Угол |
Коэффи- |
Емкость |
|
варианта |
|
дитель- |
плотность, |
естествен- |
циент |
мучного |
|
|
|
ность, |
кг/м3 |
ного |
трения |
бункера, |
|
|
|
кг/ч |
|
откоса, |
по стали |
кг |
|
|
|
|
|
град |
|
|
|
1 |
Мука |
100 |
680 |
37…44 |
0,7 |
20 |
|
макаронная в/с |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
2 |
Мука |
200 |
680 |
37…44 |
0,7 |
25 |
|
макаронная в/с |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
3 |
Мука |
400 |
680 |
37…44 |
0,7 |
40 |
|
макаронная в/с |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
|
Мука |
|
|
|
|
|
|
4 |
хлебопекарная |
100 |
550 |
46…55 |
0,7 |
15 |
|
|
в/с |
|
|
|
|
|
|
|
Мука |
|
|
|
|
|
|
5 |
хлебопекарная |
200 |
550 |
46…55 |
0,7 |
35 |
|
|
в/с |
|
|
|
|
|
|
|
Мука |
|
|
|
|
|
|
6 |
хлебопекарная |
300 |
550 |
46…55 |
0,7 |
40 |
|
|
в/с |
|
|
|
|
|
|
7 |
Пшеница |
500 |
760 |
25…30 |
0,37 |
50 |
|
8 |
Пшеница |
1000 |
760 |
25…30 |
0,37 |
100 |
|
9 |
Пшеница |
1500 |
760 |
25…30 |
0,37 |
120 |
|
10 |
Рожь |
600 |
730 |
26…32 |
0,37 |
70 |
|
11 |
Рожь |
1100 |
730 |
26…32 |
0,37 |
110 |
|
12 |
Рожь |
2000 |
730 |
26…32 |
0,37 |
150 |
|
13 |
Просо |
400 |
850 |
27…33 |
0,34 |
35 |
|
14 |
Просо |
700 |
850 |
27…33 |
0,34 |
45 |
|
15 |
Просо |
900 |
850 |
27…33 |
0,34 |
55 |
3.2.2. Расчет тарельчатого дозатора
Рассчитать тарельчатый дозатор для дозирования хлебопекарной муки в/с.
Производительность – регулируемая от 100 до 400 кг/ч, емкость мучного бункера – 50 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: в покое ϕо = 55о и в движении ϕ1 = 0,35·ϕо = 0,35·55 = 19,25о, коэффициент трения муки по стали в покое f1 = 0,7 и в движении f2 = 0,4.
43
Выбираем схему тарельчатого дозатора, которая представлена на рис.14.
Производительность дозатора можно регулировать изменением частоты вращения тарелки, либо изменением h высоты подъема манжеты над тарелкой, при помощи винтового механизма.
В нашем случае применяем второй способ регулирования производительности тарельчатого дозатора.
Конструктивно задаемся высотой h (м) подъема манжеты для максимальной производительности и радиусом R (м) манжеты, соответственно:
h =20 мм = 0,02 м и R = 85 мм =0,085 м.
5
4
2
3
1
2 R |
|
|
|
|
Ç |
|
|
β |
ϕ1 |
h |
3 |
2 R 1 |
|
|
2 R 2 |
|
|
=2 |
R |
2 |
|
|
1
Рис.14. Схема тарельчатого дозатора:
1 - тарелка; 2 - манжета; 3 - скребок; 4 - бункер; 5 – ворошитель; R – радиус манжеты; R1 – наибольший радиус вращения частицы;
R2– наибольший радиус тарелки; h– высота подъема манжеты над тарелкой
Из формулы производительности (29) определяем рабочую nр (мин –1) частоту вращения тарелки, зная остальные параметры:
nр = |
Q tgϕ1 |
|
|
|
= |
||
|
2 |
|
|
h |
|
||
|
|
|
|
||||
|
1000 60 π h |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
tgϕ |
|
|||
|
|
R + |
|
|
|||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
44
= |
|
400 tg19,25 |
|
|
|
=17,84 мин−1 . |
|||
|
|
2 |
|
|
|
0,02 |
|
||
|
|
|
|
|
|
||||
|
1000 60 3,14 0,02 |
|
|
0,085 |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
3 tg19,25 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Принимаем nр =18 мин–1.
Максимальную частоту вращения тарелки n (мин–1) определяем по
формуле (30) и |
сравниваем с рабочей частотой вращения. Рабочая частота |
|||||
вращения тарелки должна быть меньше максимальной: |
||||||
|
n ≤ 30 |
0,7 |
0,02 = 66,5 мин–1. |
|||
|
0,085 + |
|
||||
|
|
tg19,25 |
|
|||
|
|
|
|
|||
nр = 18 < |
n =66,5 , следовательно, условие выполняется. |
|||||
Наибольший радиус |
вращения |
частицы R1 (м) определяем по |
||||
формуле (31): |
|
20 |
|
|
|
|
|
R = 85 + |
=142,27 мм = 0,14227 м. |
||||
|
|
|||||
|
1 |
tg19,25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Максимальный радиус тарелки R2 (м) определяем по формуле (32), принимая конструктивный запас = 7,73 мм.
Тогда:
R2 =142,27 + 7,73 =150 мм = 0,150 м .
Расстояние между центром тяжести радиального сечения кольца и осью вращения, при максимальной производительности, определяем по формуле (33):
RO |
=85 + |
|
20 |
=104 мм =0,104 м. |
|
3 |
tg19,25 |
||||
|
|
|
Площадь поперечного сечения кольца сбрасываемого продукта Fo (м2) при максимальной производительности дозатора определяется по формуле
(37):
F = |
|
202 |
= 572,71 мм = 5,73·10 –4 м. |
|
|
||
o |
2 |
tg19,25 |
|
|
|
Скорость движения материала, сбрасываемого с тарелки Vо (м/с), определяем по формуле (38):
V = |
2 π 0,104 18 |
= 0,196 м/с. |
|
||
o |
60 |
|
|
|
Форму бункера выбираем в виде перевернутого усеченного конуса с углом наклона образующей, для лучшего ссыпания α>ϕо, то есть больше
угла естественного откоса, принимаем α = 60о, |
вид и размеры |
представлены на рис.15. |
|
Объем бункера V (м3) определяем из выражения: |
|
45
V = ρQМψ = 550500,8 = 0,1136 м3,
где ψ - коэффициент заполнения бункера мукой, принимаем ψ =0,8.
2 R 4
H
α
2 R 3
1 h
Рис.15. Внешний вид мучного бункера
Геометрические размеры бункера определяем по формуле:
V = (R2 |
+ R2 |
+ R |
R ) π H |
, |
(44) |
|
4 |
3 |
4 |
3 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где R4 – радиус верхнего основания усеченного конуса, м;
R3 – радиус нижнего основания усеченного конуса, м;
Н – высотаусеченногоконуса, м; можнопредставитькак H=tgα·(R4– R3). Отсюда:
V = (R4 + R3 + R4 R3 ) π (R4 +3R3 ) tgα .
Радиус нижнего основания усеченного конуса R3 выбираем меньше радиуса манжеты R, чтобы манжета могла свободно перемещаться по цилиндру нижнего основания усеченного конуса, принимаем: R3 =80 мм =
0,08 м. Подставляем известные значения |
в формулу (44) и решаем данное |
||||||
уравнение относительно R4: |
|
|
|
|
|
3,14 (R4 − 0,08) tg60 |
|
V = (R2 + 0,082 |
+ R |
|
0,08) |
; |
|||
|
|
||||||
4 |
|
4 |
|
3 |
|
||
|
|
|
|
|
|
||
0,1136 = (R42 + 0,0064 + R4 |
0,08) (1,81 R4 − 0,145); |
||||||
0,1136 − 0,0009 =1,81 R2 ; |
|||||||
|
|
|
|
|
4 |
|
|
R4 |
= |
3 |
0,1127 |
= 0,396 м. |
|||
|
1,81 |
||||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Тогда высота усеченного конуса равна:
H = tg60 (0,396 − 0,08) = 0,547 м.
46
Определим путь перемещения материала по тарелке L (м) из треугольника ABC, принимаем конструктивно угол установки скребка β = 30о.
Схема перемещения материала по тарелке представлена на рис.16.
L
Â
β Ñ À
скребок
R |
2 |
|
|
2 |
|
Ç |
|
|
2 |
R |
Ç |
|
|
|
|
Ç |
|
2 |
R |
|
1 |
тарелка
Рис.16. Схема перемещения материала по тарелке:
L – путь перемещения материала; β - угол установки скребка относительно плоскости сечения кольца материала
Из треугольника АВС определим путь перемещения материала по тарелке L:
L ≈ AC = AB cos β = (R2 − R) cos β = (0,15 −0,085) cos30 = 0,0563 м.
Силу трения P, возникающую при движении материала по тарелке, определяем по формуле (36), при следующих данных: путь перемещения материала L =0,0563 м; коэффициент трения материала о тарелку f = 0,7; объемная масса материала ρ = 550 кг/м3.
P = 5,73 10−4 0,0563 550 9,81 0,7 = 0,122 кгс.
Мощность потребную для преодоления сопротивления от трения
материала о тарелку N1 |
(кВт), определяем по формуле (35), используя |
||||
ранее рассчитанные параметры P и Vo: |
|
|
|||
N1 |
= |
0,122 0,196 |
|
= 2,34 10−4 |
кВт. |
|
|||||
|
102 |
|
|
|
|
Мощность для привода тарельчатого дозатора N (кВт) определяем по формуле (34), зная мощность N1, угол установки скребка β и принимая коэффициент трения материала о скребок f2 = 0,65, коэффициент, учитывающий другие вредные сопротивления k = 2,0.
N = 2,34 10−4 (1 + 0,65 cos30) 2,0 = 7,02 10−4 =0,007 кВт.
47
Мощность для привода ворошителя NВ (кВт) определяем по формуле (22), принимая, что: так как практически лопасти трапецеидальные, то для удобства расчета заменяем их плоскими лопастями, число условных лопастей z = 2 шт.; коэффициент
сопротивления для муки k2 = 5000; высота лопасти h1 = 0,04 м; угловая |
|
скорость ворошителя ω = π nP / 30 = 3,14 |
18/ 30 =1,88 с-1; наружный |
радиус вращения лопастей R5 = 0,25 м; |
внутренний радиус вращения |
лопастей равен половине диаметра вала, на котором жестко крепятся тарелка и ворошитель, принимаем r1 = 0,02 м.
NВ = 2 |
5000 1,883 0,04 |
(0,254 − 0,024 )= 0,0254 кВт . |
|||
|
|||||
|
|
408 |
|
|
|
Общая мощность |
на валу |
|
тарельчатого |
дозатора Nд (кВт) |
|
определяется по формуле (23). |
|
|
|
||
|
Nд = 0,007 + 0,0255 = 0,0324 кВт. |
||||
Для обеспечения |
вращения |
тарелки дозатора |
и ворошителя с |
||
соответствующей частотой nр = nвор = 18 мин–1 разработаем кинематическую схему привода тарельчатого дозатора. Кинематическая схема представлена на рис.17.
В качестве привода применяем электродвигатель с частотой вращения n =1500 мин–1, ременную передачу и редуктор.
Крутящий момент от электродвигателя через ременную передачу передается на быстроходный вал редуктора, а с тихоходного вала редуктора через муфту передается на вал, где жестко закреплены тарелка и
ворошитель. |
|
|
Общее |
передаточное число i в нашем случае состоит |
из |
произведения |
передаточного числа ременной передачи i1 |
и |
передаточного числа редуктора i2 и представлено измененной для нашего случая формулой (25):
i = i1. i2 .
Тогда общее передаточное число привода i определяем по формуле
(24):
i = 150018 =82,2.
Передаточное число редуктора по нормальному ряду принимаем i2 = 31,5, тогда передаточное число ременной передачи равно:
i1 = i = 82,2 = 2,61. i2 31,5
48
Ременная передача рассчитывается по стандартной методике, представленной в курсе «Детали машин».
|
|
N = 0,12 êÂò |
|
|
|
ωä â =157/ñ |
|
|
|
D 1 =100 ìì |
|
1 |
|
|
|
ω2 |
=1,88/c |
|
|
2 |
|
5 |
|
|
|
||
|
i ÐÏ =2,61 |
4 |
|
3 |
i ÐÅÄ =31,5 |
||
|
|||
Ð×Ó-63-31,5-4-1 |
ω 1 = 60,2/c |
||
D 2 = 260 ìì |
|||
Рис.17. Кинематическая схема тарельчатого дозатора: 1 - вал ворошителя и тарелки; 2 - муфта; 3 - редуктор; 4 - ременная передача; 5 - электродвигатель
Общий коэффициент полезного действия можно определить по формуле (26):
где η1 |
η =η.1 η2. = 0,95 0,6 = 0,57 , |
|
|||
– КПД ременной передачи; η1 = 0,95; |
|
||||
η2 |
– КПД червячного редуктора; η2 = 0,6. |
|
|||
Установленную мощность |
привода Nпр (кВт) определяем |
по |
|||
формуле (27): |
|
|
|
|
|
|
Nпр |
= |
0,0324 |
= 0,057 кВт. |
|
|
0,57 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
Выбираем для привода тарельчатого дозатора по справочнику |
[8] |
||||
электродвигатель 4АА56А4У3 |
ГОСТ 19523-74 с мощностью Nэ.д =0,12 кВт, |
||||
частотой вращения n э.д = 1500 мин–1. |
|
||||
Определяем крутящий момент Mкр (H·м) на выходном валу редуктора по формуле (28):
49
M кр |
= |
30 N |
ЭД |
η |
= |
30 |
0,12 |
1000 |
= 63,66 Н·м, |
π n |
|
|
3,14 18 |
||||||
|
|
|
|
|
|
||||
где Nпр – мощность на тихоходном валу редуктора, Вт; n – скорость вращения выходного вала.
По справочнику [10] выбираем универсальный червячный редуктор РЧУ-63-31,5-4-1 ГОСТ 13563-68, крутящий момент на выходном валу редуктора Мкр=100 Н·м.
Как видно из расчетов, выбранный редуктор удовлетворяет поставленным условиям.
Варианты аналогичных заданий приведены в табл. 5.
Исходные данные для расчета тарельчатого дозатора
Вид продукта |
Производи- |
Насыпная |
Угол |
Коэффи- |
|
|
тельность, |
плотность, |
естественного |
циент |
|
|
кг/ч |
кг/м3 |
откоса, град. |
трения |
|
Мука |
|
|
|
|
|
хлебопекарная, |
450 |
550 |
46…55 |
0,7 |
|
в/с |
|
|
|
|
|
Мука |
|
|
|
|
|
хлебопекарная, |
350 |
550 |
46…55 |
0,7 |
|
в/с |
|
|
|
|
|
Мука |
|
|
|
|
|
хлебопекарная, |
150 |
550 |
46…55 |
0,7 |
|
в/с |
|
|
|
|
|
Мука |
600 |
675 |
37…40 |
0,65 |
|
мясокостная |
|||||
|
|
|
|
||
Мука |
500 |
675 |
37…40 |
0,65 |
|
мясокостная |
|||||
|
|
|
|
||
Мука |
400 |
675 |
37…40 |
0,65 |
|
мясокостная |
|||||
|
|
|
|
||
Кормовой |
180 |
950 |
40…50 |
0,9 |
|
мел |
|||||
|
|
|
|
||
Кормовой |
230 |
950 |
40…50 |
0,9 |
|
мел |
|||||
|
|
|
|
||
Кормовой |
380 |
950 |
40…50 |
0,9 |
|
мел |
|||||
|
|
|
0,8 |
||
Отруби |
750 |
300 |
70…75 |
||
Отруби |
650 |
300 |
70…75 |
0,8 |
|
Отруби |
550 |
300 |
70…75 |
0,8 |
|
Поваренная |
400 |
1400 |
40…50 |
0,52 |
|
соль |
|||||
|
|
|
|
||
Поваренная |
600 |
1400 |
40…50 |
0,52 |
|
соль |
|||||
|
|
|
|
||
Поваренная |
800 |
1400 |
40…50 |
0,52 |
|
соль |
|||||
|
|
|
|
Таблица 5
Емкость бункера, кг
45
35
30
70
50
45
30
40
35
80
65
60
40
55
85
50