Основные требования к мороженному

Подача смеси  в цилиндр осуществляется через  крышку, а выход готового мороженого  через патрубок в крышке, клапан противодавления и трехходовой кран.

Бак для смеси  представляет собой сварной сосуд  с двойными стенками, между которыми заложена теплоизоляция. В верхней  части бака на кронштейне установлен привод мешалки, состоящий из двигателя  и редуктора, соединенных муфтой. Бак закрыт крышкой. Поддержание необходимого уровня смеси в баке осуществляется при помощи поплавкового регулятора, состоящего из поплавка, клапана и пружины.

Готовая смесь, предварительно охлажденная до температуры  не выше 6˚С, попадает из танка хранения самотеком или при помощи насоса в приемный бак. Мешалка предназначена для повышения равномерности смеси, забираемой из бака. Смесь из бака поступает в шестеренчатый насос I ступени и подается на насос II ступени.

В линии между  насосами благодаря разной скорости вращения валов образуется вакуум. Через воздушный клапан насос II ступени засасывает воздух и насыщенную воздухом смесь подает в цилиндр, где она, соприкасаясь со стенками цилиндра, охлаждается переохлажденным аммиаком, проходящим через окружающую цилиндр рубашку. При вращении мешалки ножи прижимаются к стенке цилиндра и снимают с нее намерзший слой смеси.

Полученное  таким образом мороженое под  давлением насоса II ступени выходит  из цилиндра через клапан противодавления  и кран.

Преимуществом данного фризера является высокая производительность, равномерная взбитость мороженого, обеспечиваемой конструкцией мешалки, достаточное насыщение воздухом смеси, в результате чего получается продукт хорошего качества.

Недостатком данного  фризера можно назвать недостаточно низкую температуру на выходе, как впрочем, и у всех остальных описанных выше аналогов. Это связано с тем, что при меньших температурах, примерно до -9˚С, не будут обеспечиваться проталкивание продукта через рабочий цилиндр из-за повышенной вязкости смеси, а также равномерная выработка воздуха. 

 

 

 

3 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ФРИЗЕРА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

 

 

Производительность  фризера. . . . . . М=630кг/ч;

Шаг шнека  . . . . . . . . S = 0,07 м;

Частота вращения вытеснительного барабана  . .  n = 6,25 c^-1;

Число рабочих цилиндров . . . . . . z = 1;

Радиус витка вытеснительного барабана  . . . R₂ = 0,068 м;

Толщина витка шнека  . . . . . . в = 0,0028 м;

Среднее значение угла подъема витков  . . . α_с = 15˚;

Коэффициент объемного перемещения для одноцилиндрового                  охладителя  . . . . . . . . ζ= 0,4;

Объемная плотность мороженого  . . . . ρ=1050кг/м³;

Коэффициент возврата продукта . . . . . К = 0,7.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 РАСЧЕТ ФРИЗЕРА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

4.1 Подбор  производительности вытеснительного барабана

Подберем необходимый  наружный радиус вытеснительного барабана для выбранной максимальной производительности фризера 630 кг/ч. При этом учтем размер свободного прохода. Производительность вытеснительного барабана в кг/ч  определяется по формуле [2]:

           ,       (4.1)

где S – шаг шнека, м;

n – частота вращения вытеснительного барабана, с^-1;

z – число рабочих цилиндров;

R₂ – радиус витка вытеснительного барабана, м;

R₁ -  радиус вытеснительного барабана, м;

- коэффициент уменьшения площади  свободного прохода;

                       (4.2)

в – толщина витка шнека, м;

α_с - среднее значение угла подъема витков;

ζ – коэффициент объемного перемещения;

ρ – объемная плотность мороженого, кг/м³;

К – коэффициент  возврата продукта.

Подставив  формулу (4.2) в выражение (4.1) представим его в следующем виде

                  (4.3)

Подставив в  формулу (4.3) все известные значения, указанные выше, получим квадратное уравнение с одной неизвестной. Решив его, найдем единственно правильное решение R₁ = 0,060 м.

 

 

 

 

4.2 Электротехнический расчет, выбор ЭД

Рассчитаем крутящие моменты для валов

,                                          (4.5)

где d – диаметр вала, м;

τ – напряжение кручения, МПа: принимаем τ = 12 МПа [3].

Диаметр вала I - d₁ = 40мм, диаметр вала II - d₂ = 100мм.

Рассчитаем  необходимую мощность для привода  валов по формуле [3]:

                                                (4.6)

где n – частота  вращения вала: n₁ = 150 мин^-1, n1 = 468 мин^-1.

Определим требуемую  мощность [3]:

,                                         (4.7)

где η – КПД: для клиноременной передачи η = 0,96.

 кВт.

Уточним режим  работы электродвигателя.

Для фризера  характерен продолжительный режим  работы (S1), т.к. машина работает практически постоянно в течение смены.

Выбираем электродвигатель АИР200М8.

 

 

 

 

 

 

4.3 Расчет клиноременной передачи

Рисунок 2 Кинематическая схема

Рассчитаем  клиноременную передачу, установленную  в системе привода от двигателя  к валам, приводящим в движение шнековый и ножевой барабаны: Р = 15 кВт, n = 750 мин-1. Передаточные числа i₁ = 2 , i₂ =1,6.

Для обоих случаев выбираем сечение ремней Б, номинальная мощность Р₀ = 4,4 кВт. Далее рассчитываем геометрические параметры передач, а именно диаметры  шкивов

d₁ = 100·5 = 500мм,

d₂ = 250·6= 400мм,

что соответствует  стандартным значениям.       

Определим угол обхвата ремнем шкивов  в градусах по формуле [3]:

α = 180˚ - 57(d' - d) / а,                             (4.8)

где d' и d – диаметры шкивов клиноременной передачи, м;

а - межосевое расстояние, м.

 

 

Межосевое расстояние 696мм (по паспортным данным исходной машины).

α₁ = 180˚ – 57(0,5 – 0,1) / 0,696 =147˚,

α₂ = 180˚ – 57(0,4 -0,25) / 0,696 = 170˚.

Значения α  в допускаемых пределах.

Определяем  мощности Рр  в кВт передаваемые одним ремнем по формуле [3]:

 Рр  = Р₀·С_α·С_l·С_i·/ С_p ,                          (4.9)

где С_α – коэффициент угла обхвата;

С_l  – коэффициент длины ремня;

С_i  – коэффициент передаточного отношения;

С_p – коэффициент режима нагрузки.

Учитывая α  находим С_α [3]: С_α1 = 0,97, С_α2 = 0,92.С_l находим по длине ремня. Длину ремня находим по формуле [3]

                                 l ≈ 2a + 0,5π(d' + d) + (d' - d)2 / 4а,                     (4.10)

Получим l₁ = 2,38 м, l₂ = 2,42 м. Далее С_l находим по графику [3]:

С_l1=С_l2=1,02.

С_i находим по [3]. С_i1=0,9; С_i2 =1,11.

Для нахождения Сp выбираем режим умеренных колебаний [3] , чему соответствует Сp₁ =1,3 ; Сp₂ =1,3 .

При этом . Рр 1 =  3,1 кВт, Рр 2 = 3,68 кВт.

Определяем  число ремней по формуле [3]:

z = P/(Рр·Cz)                                      (4.11)

где Cz – коэффициент  числа ремней по  [3] Cz1 = Cz1 = 0,95.

Находим z1 = 4, z2 = 4 – условие z ≤ 6(8) [3] удовлетворяется.

Находим предварительное  натяжение в кН одного ремня по формуле [3]:

F₀ = 0,85·Р·Сp·Сl/(z·v·Сα·Сi ),                    (4.12)

где v – окружная скорость на шкивах.

Для передач  с автоматическим натяжением Fv = 0. Окружную скорость находится по формуле [3]:

v = 2π·R·n,                                     (4.13)

где R – радиус шкива, м;

n – частота  вращения шкива, с^-1.

Отсюда v₁ = 3,92 м/с, v₂ = 14,3м/с. Тогда получим F₀₁ = 1,2 кН,                  F₀₂ = 0,23 кН.

Определяем  равнодействующие нагрузки на вал по формуле [3]:

Fr= 2 F0·cos( β/2) ,                               (4.14)

где β – угол между ветвями ремня, рад.

Приближенно β  в можно найти по формуле [3]:

β  ≈ (d' - d) / а                                         (4.15)

Получим β₁ = 0,575, β₂ = 0,359. Соответственно Fr₁ =8,4 кН, Fr₂= 8.6 кН.

Определим ресурс наработки ремней по формуле [3]

T=T_ср·K₁·K₂                                    (4.16)

где K₁ – коэффициент режима нагрузки: для умеренных колебаний K₁ = 1;

K₂ – коэффициент климатических условий: для центральныхзон K₂ = 1.

Следовательно Т = Т₁ = Т₂= 2000 часов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.4 Расчет вала на прочность

а)

 

          

 

б)

 

 

 

 

в)

 

 

 

г)

д)

 

Рисунок 3 Выбор  расчетной схемы и определение  расчетных нагрузок: а) расчетная  схема; б) эпюра изгибающих моментов в вертикальной плоскости; в) эпюра изгибающих моментов в горизонтальной плоскости; г) эпюра крутящих моментов; д) суммарная эпюра изгибающих моментов.

В соответствии с рекомендациями [3] запишем:

,                                    (4.17)

где М – вращающий момент на шкиву, Н∙м.

,                                             (4.18)

где Р – мощность двигателя, Вт;

n – число  оборотов шкива, мин^-1.

=191кН.

Усилие на вал Fr = 1,6кН.

Рассмотрим  плоскость OZY (рисунок 3 б). Реакции опор

=2,3кН,

.

Строим эпюру  изгибающих моментов ЭМx   в плоскости OZY.                     

Рассмотрим  плоскость OXY (рисунок 3.1, в). Реакции  опор           

,

.

Строим эпюру  изгибающих ЭМZ моментов в плоскости OXY. Затем строим эпюру крутящих моментов ЭМY (рисунок 3.1, г) и суммарную эпюру изгибающих моментов ЭМИΣ .

М_ИΣ = ,                                 (4.19)

Теперь определим эквивалентный момент в опасном сечении по III теории прочности [3]:

  ,                               (4.20)

,

Диаметр вала определяем из условия прочности [3]

,                                         (4.21)

где = 100МПа – допускаемые напряжения по [7];

.

Принимаем d = 40мм.

 

 

ВЫВОД

 

 

В процессе выполнения расчетно-графической работы были изучены  основные требования к мороженному. Его физико-механические свойства, химический состав. Устройство, назначение, требования к эксплуатации и принцип действия фризера непрерывного действия. Был выполнен энергетический расчет, расчет кинематики привода, а так же прочностной расчет вала на скручивание и изгиб.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Оленев, Ю.А. Справочник по производству мороженого [Текст] / Ю.А. Оленев,– М.: ДеЛи, 2004.-900с.

2. Кавецкий, Г.Д. Процессы и аппараты пищевой технологии [Текст] / Г.Д. Кавецкий, Б.В. Васильев. – М.: Колос, 1997. – 551с.

3. Иванов, М.Н. Детали машин [Текст] / Иванов, М.Н. – М.: Высшая школа, 1991. – 383 с.

4. Оленев, Ю.А. Технология и оборудование для производства мороженого [Текст] / Ю.А. Оленев.– М.: ДеЛи, 1999. – с 235 – 249.

5. Остриков, А.Н. Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств [Текст] / А.Н. Остриков, О.В. Обрамов. – СПб.: ГИОРД, 2003.-352 с.