МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВАРОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственноеобразовательное учреждение
ВПО «Башкирский государственный аграрныйуниверситет»
Факультет Пищевые технологии
Кафедра МППЖ
Специальность технология и хранения зерна
Форма обучения очная Курс, группа 4-401
Курсовой проект
Шлюзовый дозатор для муки
Хуснутдинов Артур Минисламович
Руководитель: Нагимов А.Х.
УФА 2007
/>РЕФЕРАТ
Проект 1 рисунок, 1 таблица, 6 источников, листформата А1 графического материала
ДОЗИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, ДОЗАТОРМУКИ, ДОЗИРОВАНИЕ, МУКА, ПРИВЕДЕННЫЕ ЗАТРАТЫ, ОПТИМИЗАЦИЯ. Объектом курсового проекта являются дозатор мукипериодического действия Цель проекта – снижение эксплуатационных затрат у потребителя.
Описано устройство и принцип действия дозаторамуки. Разработан метод расчета дозатора муки.
ВВЕДЕНИЕ
Основное назначение дозирующих устройств —обеспечить заданное количество материала по массе (или поддержание заданногорасхода компонента) с определенной точностью. Дозирование компонентов являетсяодной из важнейших операций технологического процесса приготовления теста.
К дозаторам предъявляются следующие основныетребования:
определенная точность дозирования компонентов;
высокая производительность;
простота конструкции и высокая надежностьработы узлов дозатора и его системы управления;
возможность создания автоматических комплексов,позволяющих осуществлять замес тестовых полуфабрикатов по заданнойтехнологической программе.
По структуре рабочего цикла дозирование бываетнепрерывным или порционным, а по принципу действия — объемным или весовым.
Для порционного дозирования характернопериодическое повторение циклов выпуска дозы (порции) компонента. Припорционном объемном способе дозирующее оборудование обычно отмеривает порциюпри помощи мерной камеры заданного объема. Порционное весовое дозированиеосновано на отмеривании дозы определенной массы. При непрерывном объемномдозировании дозатор подает поток материала с заданным объемным расходом.
Весовой способ дозирования, как правило,обеспечивает большую точность, поэтому для дозирования основного компонентатеста — муки, как при непрерывном, так и порционном тестоприготовлении все вбольшой мере используют весовые дозаторы.
Объемный способ дозирования конструктивно болеепрост, поэтому дозаторы, основанные на этом принципе работы, более надежны.Применение объемного метода существенно упрощает процесс дозирования жидкихкомпонентов. Вместе с этим, объемное дозирование нередко характеризуется болеезначительной погрешностью в величине выдаваемых доз, что в отдельных случаяхможет ограничить его применение.
В хлебопекарной промышленности применяетсясистематическое дозирование нескольких различных видов сырья, поэтомурационально применение многокомпонентных дозирующих устройств.
Такие установки могут работать в автоматическомрежиме, а функции обслуживающего персонала сводятся к наблюдению и контролюточности работы установки. Подобные многокомпонентные системы применяются какдля порционного, так и для непрерывного дозирования объемным или весовым методом.
Многокомпонентное дозирование можетосуществляться по следующим схемам.
1.Последовательноедозирование компонентов в одном общем дозаторе.
2.Параллельноедозирование каждого компонента в отдельном
3.специальном дозаторе (так называемые, дозировочные станции).
Первая схема используется, как правило, припорционном тестоприготовлении и является весьма простой и экономичной. Онаобеспечивает меньшую металлоемкость и компактность установки. Однако длительностьобщего цикла дозирования из-за последовательного отмеривания компонентоввелика. Это может снижать производительность тестоприготовительного оборудования.
Вторая схема применяется при непрерывном ипорционном замесе тестовых полуфабрикатов. Она позволяет наиболее полноприспособить каждый дозатор к особенностям дозируемого компонента и, тем самым,повысить точность дозирования. Вместе с этим, нужно учитывать, что дозировочныестанции такого типа более громоздки и имеют большую стоимость.
Упрощенная классификация дозаторов по структурерабочего цикла и конструктивным признакам выглядит так:
/>
Для приготовления полнорационных кормовыхсмесей необходимо точное дозирование каждого-вида кормов. Дозирование кормовпроизводят по объему или массе. Дозаторы могут быть порционного и непрерывного действия.В настоящее время широкое распространение получили барабанные, объемныедозаторы. Они могут работать непрерывно и порционно
Анализ конструкциидозатора
/>
Дозатор имеет воронку 1, ворошитель 2, барабанкатушечного типа 3, регулировочный цилиндрический кожух 4, маховикрегулировочного винта 5 и контргайку 6. Из бункера вместимостью 0,09 м3концентраты поступают в воронку дозатора. Здесь они перемешиваются пальцамиворошителя и заполняют рабочий объем, катушки барабана. Барабан дозатора,вращаясь с частотой п=25,5 или 46 мин~1, непрерывно подает корм всмеситель. Максимальная рабочая длина барабана, когда цилиндрический кожухнаходится в крайнем положении, L = 220 мм. Изменяя расположение кожуха,изменяют рабочую длину барабана,' следовательно и производительность.Теоретическую производительность дозатора рассчитывают по формуле
/>
где QТ— теоретическаяпроизводительность дозатора, т/ч; А — площадь сечения одной секциибарабана, м2; L. — рабочая длина барабана, м; p — плотностьматериала, кг/м3; z —число секций барабана; п — частота вращениябарабана, мин-1. Действительная производительность будет
/>
где /> — коэффициент использованияпроизводительности.
Из этих формул видно, что производительностьдозатора при остальных постоянных величинах зависит только от рабочей длиныбарабана. Для быстрой установки дозатора на данную производительность удобно использоватьграфик зависимости производительности от рабочей длины барабана. Для этогопоступают следующим образом: зная постоянные значения F, p, zи п,задаются рабочей длиной барабана (не менее трех размеров) и рассчитываюттеоретическую производительность дозатора. По полученным данным строят графикзависимости теоретической производительности от рабочей длины барабана.Действительную производительность определяют экспериментально. Во время работыдозатора при разных рабочих длинах барабана (не менее трех) за определенныйпромежуток времени собирают высев концентрата. Эксперименты для каждой рабочейдлимы барабана повторяют три раза. Полученные результаты вносят в таблицу.Действительную производительность дозатора определяют по формуле
/>
где М — масса высева концентрата вовремя эксперимента,
кг; t — продолжительность эксперимента,с
По данным таблицы строят график зависимостидействительной производительности от величины рабочей длины барабана.Коэффициент использования производительности рассчитывают по формуле (48).
Величины QT берут из графика приодной и той же рабочей длине барабана. По данной методике можно строить графикипроизводительности для различных видов кормов.
Мощность в кВт на валу барабана дозаторарассчитывают по формуле
/>
где К1— коэффициент, учитывающийсопротивление продукта дроблению. Для порошкообразных и, мелкозернистыхматериалов (К1= 1,0, для кусковых, легко распадающихсяматериалов К1 = 2,0; v — окружная скорость барабана,м/с;
/>
где D — диаметр барабана, м; N-частота вращения барабана, мин;
Р — силатрения, возникающая при скольжении материала о материал, Н.
В свою очередь эту силу рассчитывают по формуле '
/>
где р0— угол естественного откосаматериала при движении. Для кукурузы и овса ро'=28°, для ржи и пшеницыр0' = 25а; р-давление материала на поверхность барабана,Ра.
А1— площадь горизонтального сечения горловины бункера надбарабаном, м2.
Необходимую мощность в кВт электродвигателя длядозатора рассчитывают по формуле
/>
где K— коэффициент, учитывающий потери натрение рабочих органов дозатора, (K=1,1 — 1,2; η— к. п, д. привода, η= 0,8.
Дозирование компонентов — процесс, от которогозависит качество полнорационных кормосмесей и комбикормов.
Большое распространение на комбикормовыхзаводах получил питающий дозатор барабанного типа ДП-1, предназначенный длядозирования сыпучих продуктов. Он представляет собой стальной корпус, внутрикоторого на валу укреплен барабан диаметром 0,33 м, состоящий из отдельныхзвездочек, между которыми установлены диски, разделяющие его на четыре секции.Секции смещены относительно друг друга на 10 ° по винтовой линии, что даетвозможность непрерывно и равномерно подавать компоненты. Дозатор ДП-1обеспечивает массовый расход до 3,825 кг/с при размерах приемного отверстия0,74Х Х0.35 м и частоте вращения вала барабана — 0,517 с~:.Потребляемая мощность дозатора 0,25 кВт* Технологический процесс работыбарабанных дозаторов протекает следующим образом. Продукт, поступающий вприемный патрубок, захватывается вращающимся барабаном и при опрокидыванииковшей сбрасывается в выходное отверстие.
Питающий барабан получает вращательное движениеот приводного механизма. Производительность, дозатора регулируется храповыммеханизмом и изменением рабочей длины барабана.
В приемной части дозатора установленразрыхлитель, устраняющий возможность уплотнения и остановки продукта. В нижнейчасти корпуса дозатора установлен перекидной клапан, служащий для направленияпродукта на смеситель или же для отбора проб. Определение мощности привода />барабанного дозатора
Мощность привода дозирующего барабана, кВт,равна
/>/>
где k1— коэффициент,учитывающий затраты энергии на возможное измельчение корма при захватывании егожелобком (для порошкообразных кормовk1,=1 для кусковыхk1=2);k2—коэффициент, учитывающий потери мощности на трение рабочихорганов (k2= 1,1—1,2);/>— КПД привода дозатора; /> —окружная скорость барабана, м/с; Ртр — сила трения корма,захватываемого барабаном, о вышележащие слои кормовой массы, Н, равная
/>
Здесь fв— коэффициентвнутреннего трения корма (по данным Г. М. Кукты, для комбикорма влажностью 9,3% fв =0,72—0,84); Fб, — площадьгоризонтального сечения приемной, горловины бункера, м2 (замеряетсяна установке); Р—давление корма на поверхность барабана, Н /м2,определяется по формуле
/>
где h — высота горловины дозатора, м(замеряется на лабораторной установке).
Подставив значения в формулу (4), вычисляютмощность NA, кВт, необходимую для привода дозатора,
/>/>Экономическиетребования
С точки зрения экономических требованийстоимость проектирования, изготовления и эксплуатации машины должна бытьнаиболее низкой.
Аппараты, удовлетворяющиеэксплуатационным и конструктивным требованиям, неизбежно отвечают также иэкономическим требованиям. При внедрении новой техники и более современныхаппаратов может случиться, что самый современный аппарат окажется болеедорогим. Однако в этом случае, как правило, стоимость эксплуатации аппаратовуменьшается, а качество продукции улучшается, и, таким образом, внедрениенового аппарата становится целесообразным. Более подробно экономическиетребования рассматриваются в курсах организации производства и экономикипромышленности.
При проектировании аппаратанеобходимо стремиться к тому, чтобы процесс, протекающий в нем, осуществлялся воптимальном варианте. Задача оптимизации заключается в том, чтобы выбрать такойвариант, при котором величина, характеризующая работу аппарата и называемаякритерием оптимизации, имела оптимальное значение. В качестве критерияоптимизации чаще всего выбирают себестоимость продукции и приведенные затраты.В таком случае перед проектировщиком ставится задача – спроектировать аппарат стакими данными, которые обеспечат минимальные приведенные затраты илиминимальную себестоимость продукции.
Главнейшим этапомоптимизации после выбора критерия оптимизации является разработка метода расчетаи составление математической модели аппарата. Пользуясь этой моделью, припомощи компьютера находят оптимальный вариант решения./>Расчетсебестоимости продукции
Расчет себестоимости продукции (прямыхэксплуатационных затрат) производят по формуле.
/>, (3.1)
где />– отчисления на амортизацию,техобслуживание и ремонт оборудования, зданий и сооружений;
/>– затраты на энергоресурсы(топливо, электроэнергию и др.);
При анализе себестоимости работ или продукцииследует иметь в виду, что можно ограничиться учетом лишь тех статей затрат,которые изменяются в сравниваемых вариантах. Поэтому постоянные затраты,независящие от рассматриваемых параметров, не следует включать в себестоимостьи критерий оптимизации. Например, в случае проектирования аппарата заданнойпроизводительности и при неизменной тарифной ставке заработная плата являетсявеличиной постоянной.
Годовыеотчисления на амортизацию, техобслуживание и ремонт определяют по формуле
/>, (3.2)
где />М– балансовая стоимостьоборудования, зданий и сооружений;
/>– нормы отчислений в процентах наамортизацию, техобслуживание и ремонт от балансовой стоимости оборудования истроительной части. Для оборудования пищевой промышленности норма амортизациисоставляет от 0,066 до 0,167, норма отчислений на техобслуживание и ремонт – от0,05 до 0,15. Принимаем норму на амортизацию 14,2, норма на техобслуживаниепринимаем 10.
/>
Затраты на энергоресурсы рассчитывают поформуле
/>, (3.3)
где />– потребление энергоресурсовоборудованием за год в кг, кВт/ч;
/>– цена энергоресурсов, руб. за кВтּч. Принимаем 2 закВтּч.
Потреблениеэнергоресурсов оборудованием определяют по формуле
/>, (3.4)
где />– удельный расход энергоресурсовпри эксплуатации оборудования, кВт.
/>– объем работы (сырья или готовойпродукции), выполняемый оборудованием за год, кг.
/>, (3.5)
ПМ – массовая производительность,кг.
/>– производительность оборудования,кг/ч.
/> (3.6)/>Расчетприведенных затратПриведенные затратыпредставляют собой
/>, (3.7)
где />– коэффициент нормативнойэффективности капитальных вложений, принимаемый равным 0,15;
/>– капитальные вложения,определяемые путем суммирования балансовых стоимостей машин (оборудования),зданий и сооружений. Принимаем равной БМ/>Расчетбалансовой стоимости зданий, сооружений и оборудования
Балансовую стоимость аппарата определяют поформуле
/>, (3.8)
где />– цена аппарата, машины,оборудования.
/> (3.9)
/> – коэффициент, учитывающийзатраты на доставку и монтаж (принимается 1,1 – 1,2). Принимаем равной 1,15.
/>– удельная цена 1 кг машины аналогичного назначения и конструктивной сложности. Принимаем стоимость 400 руб./кг.
Приведенные удельные затраты, руб./кг.
/>, (3.10)
где V- Объем выпускаемой продукции за год, кг.
/>ВЫВОД
В ходе выполнения курсового проекта былипостроены графики зависимости приведенных затрат для дозатора муки отприведенных затрат длины секции дозатора и диаметра. Вычисления приведены ввиде таблиц. По построенным графикам были найдены оптимальные значенияпараметров для построения общего вида аппарата.
Анализируя полученные графики, можно сделатьвыводы. При увеличении значения диаметра дозатора при постоянных значениях длинысекции шлюзового дозатор, а значение приведенных затрат с начало уменьшаются дозначения диаметра 0,166м, а затем повышаются. Из графика зависимости приведенныхзатрат от диаметра при постоянных значениях длины секции L = 0.14 м,оптимальным значением диаметра является = 0,166 м По полученным данным чертимобщий вид аппарата.
Также на втором графике приведена зависимостьдиаметра дозатора от приведенных затрат при различных ценах за 1 кВтчэлектроэнергии. Применение этого графика целесообразно так как в современныхусловиях необходимо знать какова эффективность использования аппарата привозможных изменениях цен
/>БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙСПИСОК
1. Хромеенков В.М. Технологическое оборудованиехлебозаводов и макаронных фабрик. – СПб.: ГИОРД, 2004. – 496 с.: ил.
2. Антипов С.Т., Кретов И.Т. и др. Машины и аппаратыпищевых производств [Текст]. В 2 кн. Кн. 1: Учебник для вузов / С.Т. Антипов,И.Т. Кретов и др. Под. ред. Акад. РАСХН В.А. Панфилова. – М.: Высш. шк., 2001.– 703 с.
3. Процессы пищевых и кормовых производств. Под. редакциейзасл. Деятеля науки и техники РСФСР, д-р техн. наук проф. А.Я. Соколова. М.: «Машиностроение» 1973, 288 с.
4.Механизация животноводческих ферм: Методические указанияи задания для лабораторных заданий М.И. Искандарян 22 февраля 1978г
5.Вагин Б.И. Побединский В.М. Практикум по механизацииживотноводческих ферм- М; Колос Ленинградское отделение 1983 г 239с ил –учебники учебные пособия для высших учебных заведений
6.Сухарев А. Г., Тимохов А. В., Федоров В. В. Курс методов оптимизации.– М.:Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986.– 328 с.
Приложение
Формулы для расчета дозатора для муки
1) Длина крыла ротора дозатора м =(Диаметркрыльчатки ротора м-Диаметр вала дозатора м)/2
2) Площади боковых поверхностей крыльчатокдозатора м2 = Толшина стенок оси дозатора м*Длина крыла роторадозатора м*Количество ячеек
3) Площадь круга вала основания м = ((Диаметрвала дозатора м)2 *3,14)/4
4) Площадь круга образуемого ротором м2= ((Диаметр крыльчатки ротора м)2*3,14)/4
5) Площадь сектора без вычета площадикрыльчаток S, м2=Плошадь круга образуемого ротором м2*Площадькруга вала основания м
6) Площадь ячеек с вычетом площади крыльчаток м2= Площадь сектора без вычета площади крыльчаток S, м2 * Площадибоковых поверхностей крыльчаток дозатора м2
7) объем дозатора М3=Плошадь ячеек свычетом площади крыльчаток м2 * Длина секции I м
8) Объем одной ячейки дозатора М3 = Объемдозатора М3/Количество ячеек
9) частота вращения ротора шлюзового затвораn, с-1= Производительность дозатора Q, кг/с / (Объем одной ячейкидозатора М3 * Количество ячеек Объемная масса продукта pмукакг/м*Коэффициент заполнения барабана шлюзового затвора с питающей воронкой)
10) Окружная скорость ν, м/с = Диаметркрыльчатки ротора м*частота вращения ротора шлюзового затвора n, с-1*3,14
11) Площадь метало конструкции разрез сечениябарабана м2 = Площади боковых поверхностей крыльчаток дозатора м2+ Площадь круга вала основания м
12) объем метало конструкции дозатора (оси икрыльев)м = Площадь метало конструкции разрез сечения барабана м2 *Длина секции I м
13) длина участка соприкосновения оси ротора скрыльями дозатора м = Толщина стенок оси дозатора м * Количество ячеек
14) Масса метало конструкции оси и крыльев кг =объем метало конструкции дозатора (оси и крыльев)м*Плотность металла ρм,кг/м3
15) Длина круга оси ротора м = 2*Диаметр валадозатора м * 3,14