Расчёт и конструирование шнекового пресса для пластичных продуктов

 

 

Мощность электродвигателя привода пресса - N_ЭД, Вт

 

 

Где:

К - коэффициент запаса мощности

К= 1,3

- общий КПД привода

По найденной мощности по каталогу выбираем электродвигатель А480В8УЗ номинальная мощность которого N= 550 Вт

Фактическая частота вращения вала электродвигателя .

Общее передаточное отношение привода пресса

 

 

Необходимо разбить его на частные передаточные отношения отдельных передач И₁, И₂, И₃, составляющих привод пресса, так чтобы соблюдалось равенство .

Выбран редуктор червячного типа с передаточным числом И_р = 50.

5. Вал шнека

 

Вал шнека пресса надо рассчитывать на прочность с учетом деформации кручения и сжатия. Опасное сечение вала - у опоры, где вал шнека соединен с приводным валом, причем для облегчения санитарной обработки шнековой камеры, в этом месте необходимо поставить кулачную передачу.

Вал шнека имеет на конце полумуфту с пазом, а приводной вал, выступающий из корпуса, имеет полумуфту с шипом. За счет односторонней левой нагрузки на шнек во время его работы обеспечивается сцепления его полумуфты. После окончания работы и съема матрицы, шнек легко вынимается из шнековой камеры. Сборка осуществляется в обратном порядке.

Крутящий момент на валу шнека М_к, определяется по ранее найденной мощности - N и частоте вращения шнека - n, об/мин.

 

 

Осевая сила - S (Н), действующая на опору шнека, определяется по формуле:

 

 

Где:

R_H и R_B- соответственно наружный и внутренний диаметр шнека.

 

Эквивалентное напряжение опасно по сечению шнека , Па

 

 

Где: F - площадь сечения вала шнека

 

 

W_к - момент сопротивления сечения вала кручению, м³

 

 

Рассчитанное эквивалентное напряжение должно быть не более допускаемого для выбранного материала вала.

 

Виток шнека

 

Наиболее нагруженный виток шнека, находящийся в зоне максимального давления - Р_max предматричной камеры, рассматривается на прочность, как кольцевая пластина, защепленная по внутреннему диаметру шнека – d.

Рисунок 4 Виток шнека

 

 

Расчетная схема витка может быть представлена как балка с защемленным концом. На свободном конце приложена сосредоточенная сила, зависящая от давления массы.

В защемлении действуют: реакция от силы R_u на плече h.

Эквивалентное напряжение в опасном сечении витка будет равно:

 

 

Где:

 - площадь опасного сечения витка

 

 

 - момент сопротивления этого сечения изгибу

 

 

Найденное напряжение должно быть меньше допустимого для данного материала шнека.

 

Толщина матрицы

 

Матрицу пресса можно рассматривать как прямоугольную пластину защемленную по контуру и нагруженную избыточным внутренним давлением массы в предматричной камере.

Толщина матрицы (м) при ее проектировании может определятся по эмпирической форме, взятого для аналога плоских днищ и крышек сосудов , работающих под избыточным давлением.

 

 

Где:

c - конструктивная прибавка толщины, c = 0,001 -0,003 м

- коэффициент, зависящий от конструкции, материала и способа ее закрепления .

 - давление массы на матрицу, МПа

 - допускаемое напряжение на изгиб материала. Для стали 45

 - коэффициент ослабления матрицы

 

 

Где:

z - количество каналов матрицы

 - эквивалентный диаметр канала

 

 

Где:

 - площадь живого сечения канала

- периметр этого сечения 

Найденную толщину матрицы - нужно сравнить с принятой ранее длиной канала – l_к.

6. Болты крепления матрицы

 

Для крепления матрицы к предматричной камере шнека можно принять болтовое соединение.

В предматричной камере шнеком создается давление формуемой массы P_max, очевидно, эта сила будет равна

 

 

Где:

 - площадь матрицы, м²

- коэффициент предварительной затяжки

 - количество болтов, крепящих матрицу

Теперь из уравнения прочности болта можно определить его диаметр в миллиметрах

 

 

Где:

- допускаемое напряжение материала болта на растяжение, Па

 

 

Где:

- коэффициент запаса прочностиб принимаем ,

 

 

7. Передача привода

 

Расчет клиноременной передачи.

Рисунок 5. Клиноременная передача

 

 

Передача предназначена для того, чтобы передавать вращающий момент, передаваемая мощность частота вращения шкива ю Ориентировочное передаточное отношение клиноременной передачи .

 

 

Вращающий момент на валу ведущего шкива:

 

 

Диаметр ведущего шкива d₁, мм определяем по формуле:

 

 

По найденному значению подбираем  диаметр ведущего шкива из стандартного ряда ГОСТ 17383-73:

Диаметр ведомого шкива d2, мм определим по формуле:

 

 

Где: – относительное скольжение ремня,

По найденному значению подбираем  диаметр ведомого шкива из стандартного ряда ГОСТ 17383-73:

 

Уточняем передаточное отношение 

 

 

Межосевое расстояние выбираем в интервале:

 

 

Между этими значениями выбираем межосевое расстояние и по нему рассчитываем ориентировочную длину ремня L₀, мм. Принимаем .

 

 

Определяем межосевое расстояние передачи

Согласно ГОСТ 1284.1-80 принимаем L = 800 мм

По нему уточняем межосевое расстояние - а, мм

 

 

Где:

 

 

 

 

Рассчитываем угол обхвата ремнём меньшего шкива - ,

 

 

Для данной передачи согласно ГОСТ 1284.1-80 выбираем ремень О-800 Т 1284.1-80.

Рассчитаем необходимое  число ремней для передачи заданной мощности :

 

 

Принимаем

Где:

 – мощность, допускаемая для передачи одним  ремнём 

 

- коэффициент угла обхвата шкива ведущего вала

 - коэффициент количества ремней в передаче

 - коэффициент длины ремня

- коэффициент динамичности и режима работы

 

Определяем скорость ремня

 

 

Сила натяжения ветви ремня

 

 

Где – коэффициент, учитывающий центробежную силу,

Определяем силу действующую на валы F, Н

 

 

 

Определим рабочий ресурс ремней:

 

 

Где:

 – базовое  число циклов 

 – предел выносливости

 – максимальное напряжение в сечении ремня

 – коэффициент,  учитывающий влияние передаточного  отношения, 

 – коэффициент,  зависящий от типа нагрузки,

 

 

Где: – площадь поперечного сечения ремня,

 

Стандартом установлены следующие ресурсы работы передачи: при легком режиме 5000ч.

В случае недостаточном ресурса работы передачи можно либо взять следующий тип ремня, либо большой диаметр шкивов, либо увеличить длину ремня с соответствующей корректировкой расчетов.

Заключение

 

При использовании двухшнекового пресса не требуется предварительной гидротермической обработки пружины, что упрощает производственный процесс. В двухшнековом прессе зоны пластификации и повышения давления отделены друг от друга, что позволяет независимо осуществлять пластификацию и прессования продукта. Известно, что затраты, связанные с приобретением одношнековых прессов ниже по сравнению с затратами на приобретение двухшнековых машин. Однако последние компенсируются меньшими эксплуатационными затратами. Высокие расходы на эксплуатацию одношнековых машин связаны с длительными простоями при чистке, большими трудозатратами и объемам работ по обслуживанию. Сравнение конструктивных и технологических достоинств одношнекового пресса показывает значительное преимущество.

 

Литература

Азарова Б.М. «Технологическое оборудование пищевых производств» М.: Агропромиздат, 1988г

Мягков В.Д. «Краткий справочник конструктора» издание 2-е дополненное и переработанное - П.: Машиностроение, 1975г

Соколова А.Я. «Основы расчета и конструирования машин и автоматов пищевых производств» М.: Машиностроение 1969г

Соколова А.Я. «Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств» М.: Пищепромиздат 1960г

Чернилевский Д.В. «Основы проектирования машин» Учебное пособие для студентов вузов М.: УМиИЦ «Учебная литература»1998г

Чернавский С.А. «Курсовое проектирование деталей машин» Учебное пособие М.: ООО ТИД «Альянс» 2005г