ВВЕДЕНИЕ
Хлеб,хлебобулочные и макаронные изделия — пищевые продукты, выпекаемые из теста,приготовленного из муки с добавлением воды, дрожжей, соли, иногда сахара,жиров, солода, патоки, молока, пряностей (анис, тмин и пр.). Содержит до 56%углеводов (в основном крахмал), 5-8% белков, минеральные вещества,аминокислоты, витамины (главным образом группы В). Энергетическая ценность 100 г от 1,1 до 1,4 МДж (347 ккал).
Этипродукты весьма полезны людям: они питательны, хорошо усваиваются организмом,содержат все необходимые для человека витамины (В1, В2,С, А, Д и Е). Как показали научные исследования, они калорийны, содержат повышенноеколичество сухого вещества, жира, белков и минеральных солей.
Для автоматическогоотмеривания (дозирования) заданной массы или объема твердых сыпучих, а такжевязко-пластичных материалов, в том числе и теста применяются различные виды дозаторов.
Дозаторы обеспечиваютвыдачу дозы одного или нескольких продуктов (одно- и многокомпонентныедозаторы) одному или разным потребителям (одно- и многоканальные дозаторы);изменяют количество компонентов в заданном соотношении с изменяющимсяколичеством других дозируемых компонентов (дозаторы соотношения); дозируютвещества в заданной временной или логической последовательности (программныедозаторы).
Блок управления каждогодозаторы — автоматический регулятор. Наибольшая эффективность использованиядозаторов достигается, если регулятором или его основой служат микро-ЭВМ илимини-ЭВМ, позволяющие компенсировать влияние внешних возмущающих воздействий(например, параметров технологического режима процесса), вести дозирование позаданной программе, удобно представлять информацию оператору и передаватьрезультаты дозирования (например, общий объем прошедшего продукта) на дозаторыуровня управления.
АНАЛИЗДОЗИРУЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
Рассмотрим некоторые видыдозаторов.
Объемные дозаторы. Применяют для дозирования газов,жидкостей, паст, реже твердых сыпучих материалов. Дозы от долей см³ досотен (тысяч для газов) м³, производительность от менее чем см³/ч дотысяч м³/ч (для газов десятков тысяч), погрешность от 0,5 до 10-20%. Этидозаторы просты по конструкции, достаточно надежны. Недостатки: зависимостьобъема дозы от температуры и давления (особенно для газов), значительнаяпогрешность при дозировании пенящихся материалов.
Дозаторы дискретногодействия в простейшем случае состоят из одной калиброванной емкости, снабженнойдатчиком уровня, двух клапанов на входе в емкость и выходе из нее (дляповышения точности и производительности дозаторы могут иметь несколько разныхпо объему емкостей) и блока управления — двухпозиционного автоматическогорегулятора. Погрешность до 1,5%. Наименьшие погрешность и габариты имеютдозаторы дискретного действия (рис.1) на основе объемных счетчиков продукта(роторы — лопастные, с овальными шестернями, винтовые). Угол поворота ротора,соответствующий объему прошедшего продукта, преобразуется в сигнал, поступающийв блок управления, который вычисляет общий объем прошедшего продукта,сравнивает его с заданием и формирует сигнал на прекращение подачи продукта.
Объемный дозатордискретного действия на основе счетчика жидкости работает следующим образом(рис.1). Для повышения точности дозирования при достижении 90-95% дозы вентиль4 закрывают, а расход продукта уменьшают в 4-5 раз с помощью вентиля 5. Длястабилизации или программного изменения расхода блок управления определяет иустанавливает требуемый расход посредством вентиля 6. Дозы от 1 дм³ додесятков м³, погрешность 0,5-1,5%.
Для надежной работы такихдозаторов дозируемую среду тщательно очищают от твердых и газообразныхпримесей, не допускают кристаллизацию или полимеризацию продуктов в полостяхсчетчиков, для вращения ротора создают достаточный перепад давлений междувходом и выходом дозаторы.
При дозировании в емкости(реакторы), работающие под давлением, равным или превышающем давление среды навходе в дозаторы, а также для дозирования вязких и пастообразных продуктовприменяют дозаторы на основе насосов вытеснения (поршневых, плунжерных,шестеренчатых, диафрагменных). При равенстве задания и фактической дозы блокуправления отключает насос, перекрывая поток продукта, показывает ирегистрирует величину дозы. Диапазон последней от 1 см³ до сотен дм³,минимальная погрешность 1-3%, давление продукта на выходе дозатора до сотенкПа.
В дозаторах малойпроизводительности (единицы см³/ч) продукт вытесняется с помощью газа илиинертной жидкости (рис. 2). При открытом вентиле 4 и закрытом вентиле 5 вслучае опускания сосуда 2 емкость 1 заполняется дозируемым продуктом. Длявыдачи дозы закрывается вентиль 4 и открывается вентиль 5. При этом сосуд 2поднимается, что обеспечивает вытеснение части продукта из емкости 1.
Дозаторы непрерывногодействия состоят из расходомера (например, индукционного), регулятора изапорного органа (вентиль, задвижка), блока управления и информации. Заданныйрасход обеспечивается благодаря изменению гидравлического сопротивлениярегулятора по сигналу от блока управления, в котором определяется также общийобъем прошедшего продукта. Запорный орган прекращает его подачу при достижениизаданного объема. Дозы от 1 см³ до тысяч м³, точность поддержаниярасхода в пределах от 1,5- до 2-кратной точности расходомера. Наряду с этимидозаторами на основе расходомеров используют дозаторы в виде емкости с дозируемымпродуктом, на выходе которой установлено постоянное гидравлическоесопротивление (диафрагма, спираль, лента, капилляр и т. п.). Стабильностьрасхода достигается поддержанием уровня или соответствующего давления вемкости.
Весовые дозаторы. Применяют для дозирования твердыхсыпучих материалов, реже — жидкостей. Дозы от нескольких грамм до сотен килограмм,производительность от сотен до десятков т/ч, погрешность дозирования от 0,1 до0,5%. Из дозаторов дискретного действия наиболее распространены в промышленноститакие, в которых загружаемая емкость установлена на силоизмерительныхпреобразователях — тензометрических или платформенных весах. Сигнал отпреобразователя 2 (рис. 3) поступает в блок управления 3, с помощью которогоавтоматически взвешивается емкость 1 и формируется команда для управленияустройствами загрузки 4 и выгрузки 5. В открытых емкостях с жидкостями массупродукта при дозировании определяют по пропорциональной ей высоте слояжидкости. Достоинство таких дозаторов — компактность датчиков давления;недостаток — необходимость предварительной градуировки (определение зависимостигидростатического давления от веса продукта в емкости).
В дозаторах непрерывногодействия регулируется скорость потока материала или площадь поперечного сеченияего слоя. Схема одного из таких дозаторы представлена на рис. 4, а. Дозируемыйматериал поступает на силоизмерительный транспортер. Вес материала на ленте,пропорциональный производительности дозаторы, измеряется силоизмерительнымпреобразователем и сравнивается в регуляторе с сигналом задания. В результатеустройство 7 вырабатывает корректирующий сигнал, регулирующий высоту слояматериала на ленте.
На рис. 4, б показана схема дозатора с регулируемой скоростью потокаматериала. Дозируемый материал поступает на силоизмерительный транспортер черезпитатель. Сигналы задания и расхода подаются в регулятор, который вырабатываеткорректирующий сигнал на привод питателя, увеличивая или уменьшая скоростьпотока материала. Регулирование потока материала можно осуществлять такжеизменением скорости движения самого весоизмерительного транспортера.
/>
Рис. 1. Объемный дозатордискретного действия на основе счетчика жидкости: 1- счетчик; 2 -датчик; 3-блок управления; 4-6- вентили.
/>
Рис. 2. Объемный микродозаторна основе вытеснения дозы: 1-емкость; 2- напорный сосуд; 3 -привод; 4,5 -вентили;6- блок управления.
/>
Рис. 3. Весовой дозатордискретного действия: 1- емкость; 2 — силоизмерительный преобразователь; 3 — блок управления; 4, 5 — устройства загрузки и выгрузки.
/>
Рис. 4. Весовые дозаторынепрерывного действия с регулированием высоты слоя материала на ленте (а) искорости потока материала (б): 1 — привод; 2 — заслонка; 3 — бункер; 4, 6 — силоизмерительные транспортер и преобразователь; 5 — электродвигатель; 7 — регулятор; 8 — питатель.
ОПИСАНИКОНСТРУКЦИИ ДОЗАТОРА ДОЗАТОР ДЛЯ ВЯЗКО-ПЛАСТИЧНЫХ ПРОДУКТОВ
Технические данные:
Диапазон регулировкидозы5-20 мл
Погрешность дозированиянеболее 3%
Производительностьдо 30доз/мин
Давление сжатоговоздуха6-8 атм
Расход сжатого воздуха13л/мин
Материал изготовлениядеталей, контактирующих с продуктомнержавеющая сталь
Дозатор объёмно-поршневойпневматический предназначен для дозирования жидкостей, эмульсий, суспензий,растворов, неабразивных продуктов (вода, спирт, соус, уксус, кетчуп, сметана,тесто, растительное масло и другие схожие по консистенции продукты).Применяется дозатор в пищевой и химической промышленности.
Корпус дозатора:
1) Представляет собойвысокоточную металлическую конструкцию, покрытую устойчивой эпоксидной эмалью,стойкой к химическим и механическим воздействиям (возможно изготовление изнержавеющей стали);
2)Обеспечивает стабильнуюработу на всем протяжении службы.
Гибкая вставка:
Гибкая вставкарекомендуется к применению при фасовке жидкостей: масло, вода, спирт, исоответственно все остальные жидкие среды не коррозирующие нержавеющую сталь, атакже при фасовке вязко-пластичных продуктов.
Труба для подачипродукта:
Изготавливается под тару,которая используется для загрузки продукта, при этом учитывают все особенностии подбирают оптимальное решение, учитывая внутренний диаметр горлышка и высотутары.
Блок регулировки дозы:
1) Обеспечивает плавнуюрегулировку;
2) Позволяет задаватьотносительно шкалы требуемую величину дозы.
Привод обеспечивает:
1) Более плавнойрегулировки производительности;
2) Простоты и надежностипри эксплуатации.
Режим работы: автоматический
РАСЧЕТЫ
1. Определимпроизводительность дозатора [5]:
Q = 47D²tknρ = 47×0,04²×0,9×0,04×0,9×0,5×900= 1,1 кг/ч,
где D — диаметр шнека, D = 0,04 м;
t = (0,8…1,0)D;
k = 0,8…1,0;
n – частота вращения, n = 0,33…0,66 об/с;
ρ – плотность дозируемого материала, ρ = 900 кг/м³.
Определим мощностьдозатора [5]:
N = N(1) +N(2),
где N(1) – потребляемая мощность, N(1) = 0,8 кВт;
N(2) – мощность на преодоление силытрения в подшипнике.
2. Определим мощность напреодоление силы трения в подшипнике [5]:
N(2) = 0,05 kGDn = 0,05*0,8*10*0,02*0,5 = 0,004 кВт,
где k — коэффициент трения, k = 0,75…0,8;
G — сила тяжести, G = 10 кг;
D — диаметр цапфы, D = 0,02 м;
n — частота вращения, n = 0,5 об/с.
Тогда общая мощностьравна:
N = 0,8 + 0,004= 0,804 кВт.
ПРОЧНОСТНЫЕРАСЧЕТЫ
1. Определение толщиныстенки корпуса дозатора [4]
S = /> = /> = 0,0034 м = 3,4 мм.,
где Dn – наружный диаметр корпуса дозатора,Dn = 0,15 м;
m – запасустойчивости, m = 4,6;
Е –модуль упругости, Е = 200 ГПа;
Е — модуль упругости материала корпуса при температуре 20°С, Е = 210 ГПа;
L – длина корпусадозатора, L = 1 м.;
С –прибавка на коррозию, С = 0,002…0,004 м.
2. Расчет болта сшестигранной головкой на напряжение растяжения [4].
Привращении болта под действием момента, создаваемого усилием на рукоятке ключа,болт получает затяжку. Стержень болта растягивается усилием затяжки искручивается моментом Мр в резьбе. Поэтому расчет необходимо вести поприведенному напряжению (оно примерно на 80 % больше напряжения растяжения).
/>
Рисунок1 – Схема сил, действующих на болт
/>,
/>= 1,8 />= 35 МПа
где Q — расчетная осевая нагрузка, Н;
d — внутреннийдиаметр резьбы болта, мм;
[/>]- допускаемое напряжениерастяжения, МПа.
Далее можноопределить коэффициент запаса прочности по формуле:
/>,
n = />= 4,3.
3.Расчет вала на прочность [1,2,3]
Общийкоэффициент запаса прочности
S = />//>.
Коэффициентзапаса прочности по нормальным напряжениям
/>= /> //>/>
Коэффициентзапаса прочности по касательным напряжениям
/>= /> //>/>
Вычислимзначения />и />в зависимости от пределапрочности /> по эмпирическим формулам:
/>= 0,35 />+(70…120)МПа,
/> = 0,58 />,
где /> — предел прочности стали,
/>и />-эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении,
/>и /> -масштабные факторы для нормальных и касательных напряжений,
/> - коэффициент, учитывающий влияние шероховатости,
/> — амплитуда циклов нормальных напряжений,
/> — амплитуда циклов нормальных напряжений,
/>и />-коэффициенты.
/>= 0,35×700 + 100 = 245 МПа,
/>= 0,58×700 = 406 МПа,
/>= />= 1,8,
/>= />= 2,32,
S = />= 1,44.
Определимноминальные напряжения изгиба и кручения:
/>= />,
Wн = />( 1- 1,54/>),
где а –диаметр поперечного отверстия, м.
/>= />,
Wкн = />( 1- />).
Wн = />( 1- 1,54/>) = />(1-1,54 />) = 6,6×/>м³,
/>= />= />= 10,6 МПа,
Wкн = />( 1- />) = />(1-/>) = 1,4×/> м³,
/>= />= />= 42,85МПа.
4. Расчетвала на изгиб и кручение.[1,2]:
Проведем расчетакругового вала кругового поперечного сечения на совместное действие изгиба икручения (рис. 1).
Примем следующий порядокрасчета.
1. Разлагаем все внешниесилы на составляющие P1x, P2x,..., Pnx и P1y, P2y,..., Pny.
2. Строим эпюрыизгибающих моментов My и My от этих групп сил.
У кругового поперечногосечения все центральные оси главные, поэтому косого изгиба у вала вообще неможет быть, следовательно, нет смысла в каждом сечении иметь два изгибающихмомента Mx, и My а целесообразно их заменить результирующим (суммарным)изгибающим моментом (рис. 2).
3. Строим эпюра крутящегомомента Мz.
Наибольшие напряженияизгиба возникают в точках k и k’, наиболее удаленных от нейтральной оси (рис.3), где Wизг — момент сопротивления при изгибе.
В этих же точках имеютместо и наибольшие касательные напряжения кручения, где Wр— моментсопротивления при кручении.
Имеем
/>
Учитывая, что Wр=2 Wизг,для эквивалентных напряжений получаем
/> ,
/> = /> =92 Н м
где М экв—эквивалентный момент .
Тогда условие прочностидля вала будет иметь вид
/>,
σ экв = />/>=66×/>Н
/>
Рис.1. Расчетная схемаизогнутого и скрученного вала
/>
Рис.2. Формированиерезультирующего изгибающего момента
/>
Рис.3. Напряженноесостояние вала: а) эпюры напряжений б) распределение напряжений
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рассмотренный дозаторобладает высокими технологическими, энергетическими и прочностнымихарактеристиками.
Кроме того, в этомдозаторе используются высококачественные комплектующие. При изготовлениипроизводится подбор химически стойких материалов контактирующих с фасуемымпродуктом, что обеспечивает высокие показатели точности. Для удобстваэксплуатации в нем предусматривается плавная регулировка производительности.
Список используемой литературы
1. Голубев А. И. Современныеуплотнения вращающихся валов. — М.: Машгиз, 1991. – 324 с.
2. Данилевский В. В. Справочниктехника машиностроителя. — М.: Высшая школа, 1962. – 489 с.
3. Детали машин. Атлас конструкций.Под ред. доктора техн. наук проф. Д. Н. Решетова. — М.: Машгиз, 1963. — 56 с.
4. Затворы, дозаторы и питатели(Чертежи общих видов). М.: ГОСИНТИ, 1962. – 38 с.
5. Курочкин А. А. и другие. Дипломноепроектирование по механизации переработки сельскохозяйственной продукции. – М.:КолоС, 2006. – 424 с.