Автоматические роторные и конвейерные линии

,     (4)

где t₁ – время перемещения S₁ до торца клапана, с; t₂ – время перемещение S₂ до торца клапана, с; t₃ – время перемещение S₃ до открытия клапана, с.

с

3.3 Анализ времени подъема стола с бутылкой t_п.с. В роторных линиях по розливу продукции, на рабочих роторах не предусмотрены фиксирующие устройства, которые жестко закрепляют бутылку на рабочей позиции. Это накладывает некоторые ограничения на режимы движения бутылки.

При подъеме бутылки  к торцу дозатора необходимо подавать бутылку с минимальной скоростью, так как возможны небольшие смещения бутылки в горизонтальной плоскости, что в момент контакта может способствовать перекосу бутылки, преждевременному открытию клапана дозатора, вплоть до повреждения бутылки или дозирующего устройства.

При проектном расчете  встает вопрос о выборе закона движения для подъема бутылки к дозатору. Синусоидальный закон движения предпочтителен для применения, так как при его использовании в начале и конце перемещения стола мы получаем нулевые скорости, ускорения, и он позволяет использовать траекторию подъема с максимальным углом подъема, который позволяет значительно уменьшить длину окружности копира:

,      (5)

где b_п.с – коэффициент изменения ускорения (b_п.с = 6,3 – симметричный закон движения, b_п.с = 4,2 – несимметричный закон движения); S_S – суммарное перемещение стола с бутылкой, м; j_п.с – ускорение движения, м/с².

с

В дальнейших расчетах формула (5) не отражает зависимость времени подъема стола с бутылкой от производительности линии. Для связи этих двух характеристик можно предложить следующую модель, в которой будут оговорены некоторые допущения.

Допустим, что развертка  профиля кулачка на участке подъема будет представлять собой прямую линию, расположенную с некоторым углом к горизонту.

Время подъема стола  по данной траектории описывается формулой:

,

где l – длина отрезка копира, по которому при прокате торцевого ролика, стол совершает подъем, м; v – скорость, с которой ролик проходит данный участок копира, м/с.

с

Скорость, с которой  ролик проходит данный участок копира, м/с, определяется по формуле

.

 м/c

Длину отрезка l можно вычислить по приближенной формуле без учета радиусов скруглений профиля копира на переходных участках (рис. 4)

.

 м

Рисунок 4 – Схема профиля копира на участке подъема стола

 

Таким образом, время подъема стола можно определить по формуле

,     (6)

где h – шаг ротора, м; tgα – тангенс угла наклона профиля копира, град.

 с

Шаг ротора h определяется из конструктивной компоновки машины и при розливе в тару объемом до 0,5 л – минимально допустимым расстоянием между дозирующими устройствами. При заполнении тары большого объема (от 1 л) шаг определяется диаметральными размерами тары.

Минимальный шаг ротора для транспортных роторов (рис. 5, а) определяется по зазору между позициями под заполняемую тару. Значения минимальных шагов ротора не должны выходить за рамки конструктивных ограничений, необходимых для выполнения условий прочности и жесткости конструкций, позволяющих легко собирать и разбирать роторы, проводить их техническое обслуживание, наложенных для нужд стандартизации и унификации (рис. 5, б).

а	б

Рисунок 5 – Схема конструктивной компоновки роторов

 

Шаг ротора, полученный при  эскизной компоновке роторов, округляют  до стандартных значений.

Исходя из описания формулами, различных профилей копира для подъема  стола наложим ограничение:

.    (7)

Сравним эти законы движения, но в случае синусоидального закона (5) будем менять ускорение, а для закона (6) – производительность (табл. 1).

 

 

 

 

 

Таблица 1

bп.с	Время подъема стола tп.с, с
	Значения ускорения  движения jп.с, м/с2
	2	1,75	1,5	1,25	1,125	1
6,3	0,517	0,553	0,597	0,655	0,69	0,735
4,2	0,422	0,452	0,488	0,534	0,563	0,597

 

Для закона движения (6), принимая h = 0,1884 м, получим следующую зависимость (табл. 2).

Таблица 2

Угол подъема траектории движения α, град	Время подъема стола tп.с, с
	Производительность П, шт./мин
	100	200	300	400	500	800
30	0,469	0,234	0,156	0,117	0,094	0,059
20	0,744	0,372	0,248	0,186	0,149	0,093
15	1,011	0,505	0,337	0,202	0,149	0,126
7	2,206	1,103	0,735	0,0551	0,414	0,276

 

При выборе оптимального закона движения подъемного стола и  определении времени необходимо руководствоваться выражением (7) и графиками зависимостей времени подъема стола от значения углового ускорения, полученным из выражения (5) и от угла подъема траектории движения, определяемым выражением (6).

3.4 Определение времени наполнения тары. В зависимости от типа используемого дозатора время наполнения бутылки будет различным.

Дозаторы жидких пищевых  продуктов или, как их называют в  пищевых производствах, разливочные патроны, являются основными рабочими органами разливочных машин-автоматов. Они должны обеспечивать точность розлива, удобство эксплуатации, высокую производительность и удовлетворять санитарным нормам. Дозаторы пищевых жидкостей можно классифицировать: по принципу действия, по способу подачи жидкости, по величине воздушного давления и по конструкции.

По принципу действия дозирование различается по объему, уровню, времени, весу. В первом случае дозаторы отмеривают порции жидкости определенного объема и разливают их в тару. Во втором случае тара любой емкости заполняется до определенного уровня. Дозирование жидкостей по весу и по времени в разливочных автоматах пищевой промышленности не применяется.

По способу подачи жидкости розлив бывает гравитационный и принудительный. В первом случае жидкость вытекает в тару под действием собственного веса. При этом давление воздуха над жидкостью в распределительном резервуаре и в таре одинаково. Жидкость вытекает под напором, который определяется высотой столба ее от уровня в резервуаре до выходного отверстия в разливочном патроне. Эта высота поддерживается постоянной автоматическим регулятором. Принудительный розлив происходит или под действием разности воздушных давлений в резервуаре и в таре, или под действием поршня и применяется для вязких жидкостей.

По величине воздушного давления розлив может быть: при  повышенном давлении, при атмосферном  давлении и под вакуумом. Повышенное и притом постоянное давление как в резервуаре, из которого вытекает жидкость, так и в таре, которая должна быть в этом случае герметизирована, применяют при розливе газированных напитков и пенообразующих жидкостей. Такие жидкости, как молоко, водка, тихие вина разливают или открытым способом или под вакуумом. Последнее рекомендуется для витаминосодержащих жидкостей. Розлив под вакуумом имеет ряд преимуществ, о которых будет сказано ниже.

Запорные устройства жидкостных дозаторов могут быть с поворотными кранами, с поступательно  движущимися золотниками, с упругими клапанами, с отсечкой воздуха.

Устройства для наполнения бутылок по объему называются дозировочными приборами, а для наполнения по уровню - разливочными приборами.

Гидравлический расчет разливочного автомата сводится к определению времени слива жидкости в бутылку, что является главным показателем пропускной способности разливочного устройства машины.

Теоретический расход жидкости, вытекающей через отверстие в  дне сосуда,

,      (8)

где – коэффициент расхода; – площадь сечения отверстия для выхода жидкости, м²; g – ускорение силы тяжести, м/с²; — высота столба жидкости, м; р₁ – давление газа над жидкостью в расходном резервуаре или в наполнительном приборе, Па; р₂ – давление газа в бутылке, Па; – удельный вес жидкости, кг/м³.

Каждый разливочный  или дозировочный прибор машины имеет  каналы для жидкости и газа. В  процессе наполнения бутылки жидкость вытесняет из ее полости воздух (а при розливе шампанского — углекислый газ), который отводится через газопровод в расходный резервуар. Вытесняемый из бутылки воздух встречает сопротивление в газовом канале и на выходе. Это вызывает повышение давления газа и, следовательно, уменьшение производительности прибора. Поэтому при определении производительности прибора следует учитывать не только коэффициент расхода жидкостного канала, но и коэффициент расхода газопровода.

Расход вытесняемого из бутылки газа:

,      (9)

где – удельный вес газа, кг/м³ (принимаем кг/м³); – площадь сечения отверстия для выхода жидкости, м²; – коэффициент расхода, определяемый выражением

.     (10)

 

Влияние сопротивлений  в газовых каналах на производительность разливочной системы или снижение расхода сливной системы может быть выражено уравнением:

.     (11)

 

Давление воздуха в  бутылке р₂:

.    (12)

 Па

Давление газа в расходном  резервуаре:

.      (13)

 Па

Расход жидкости с учетом изменения давления:

.    (14)

Гравитационный метод  розлива может осуществляться с  дозированием жидкости по объему или  по уровню. В зависимости от способа  дозировки время наполнения бутылки одним и тем же объемом жидкости изменяется,

Наполнительные приборы  разливочных автоматов имеют  насадки (патрубки) различной длины и формы, через которые сливается жидкость.

В насадке возникают  гидравлические сопротивления, вызывающие потерю напора и оказывающие влияние на скорость истечения жидкости, а, следовательно, и на расход. Это следует учитывать при расчете.

Длина насадка зависит  от глубины ввода его в бутылку. Для формирования и изменения направления струи отверстие для выхода жидкости в насадке выполняется различной формы: треугольное, дающее треугольную струю; кольцевое, создающее струю в форме «шатра», стекающую по внутренним стенкам бутылки тонкой пленкой, и др.

Современные распространенные разливочные автоматы построены  по одной из двух гидравлических схем слива жидкости в бутылки – схеме 1 (рис. 6, а) и схеме 2 (рис. 6, б).

Рисунок 6 – Схемы к  расчету насадок при дозировании  жидкости по уровню (а) и по объему (б)

 

Схема 1. Гравитационный метод розлива с дозированием жидкости по уровню. Режим движения жидкости – установившийся. Напор постоянный.

Время наполнения бутылки:

,       (17)

где – действующий напор; – площадь поперечного сечения выходного отверстия насадка.

Схема 2. Гравитационный метод розлива с дозированием жидкости по объему. Режим движения жидкости – неустановившийся. Напор переменный.

Время наполнения бутылки:

,      (18)

где , – начальный и конечный напоры; F – площадь сечения мерного стакана.

с

3.5 Анализ времени холостого хода. Время холостого хода:

,

где b – коэффициент, определяющий, какую часть времени цикла занимает холостой ход.

Коэффициент b определяется для каждой конкретной конструкции машины. При выбранной конструкции машины во время холостого хода не совершается операций, следовательно, время холостого хода будет определяться схемой расположения транспортных и рабочих роторов.