Штанговый брикетирующий пресс

Штанговый брикетирующий пресс

Исходные данные:

. Производительность 2100 шт/ч.

. Удельное давление брикетирования продукта 22 мПа.

. Размер брикета 35x50x50 мм.

Определить параметры:

1 Мощность привода пресса.

2 Размер маховика.

3. Кинематику привода

Рассчитать на прочность:

1 Передачу привода

Графическая часть:

1.      Сборочный чертеж пресса А1-1л

2.      Кинематическая схема А2-1л

.        Индикаторная диаграмма А2-1л

.        Деталировка маховика А3-1л

Введение

Брикетирующие прессы широко применяются в пищевой и фармацевтической промышленности для прессования различных брикетов из порошкообразных и гранулированных пищевых продуктов, а также таблеток различной формы. Для этой цели применяются различные конструкции прессов, отличающиеся как принципом работы, так и видом рабочих органов. Наиболее часто применяются следующие рабочие органы:

а) пуансон и матрица (штанговые и карусельные прессы);

б) шнек и матрица (шнековые прессы);

в) прессующий барабан или валки (кольцевые и вальцовые прессы);

г) прессующая лента и валки (ленточные прессы).

Рассмотрение всех указанных типов прессов, их устройства, работы и расчета основных параметров имеется в специальной литературе.

Согласно заданию на проектирование сделаем расчет штангового брикетирующего пресса. Эти прессы применяются для получения твердых брикетов из порошкообразных и других рассыпчатых продуктов. Пресс предназначен для прессования брикетов из сыпучих продуктов. В результате брикетирования сыпучий продукт спрессовывается в брикет определенных размеров и плотности.

Полученные брикеты удобны в упаковывании хранении и транспортировании; лучше защищены от влаги и прогоркания. Штанговый пресс относится к группе машин с резко неравномерными (пиковыми) нагрузками на рабочие органы, а его расчет, а именно, определение размеров маховика, носит общий характер. Поэтому его можно применять для аналогичных машин силового действия, имеющих значительные «пиковые» нагрузки.

Устройство пресса

Рисунок 1. Принципиальная схема штангового брикетирующего пресса

Схема пресса, работающего в пищеконцентратной промышленности, показана на рисунке 1. В прессе можно выделить следующие основные элементы. Маховик 1, получающий вращение от электродвигателя, зубчатую передачу 2, кривошип 3, шатун 4, прессующую штангу 5, совершающую возвратно-поступательное движение, корпус 6 с загрузочным отверстием 7, прессующий канал 8 длиной до нескольких десятков метров и заполненный спрессованными брикетами, клиновое устройство 9 с регулировочным винтом 10, крышку прессующего канала 11 с регулировочными винтами 12.

Работа пресса

В загрузочную воронку 7 загружается прессуемый сыпучий продукт. При нахождении прессующей штанги в крайнем левом положении открыта нижняя часть воронки, и продукт попадает в пространство корпуса перед штангой; двигаясь вправо, штанга перекрывает вначале загрузочное отверстие воронки и затем начинает прессовать порцию продукта в замкнутом объеме, причем спереди выход в канал закрыт плотными, предварительно спрессованными брикетами.

По мере прессования брикета давление, действующее на порцию продукта, увеличивается, в связи с этим усилие, действующее на двигающуюся вправо прессующую штангу, равно как и на предварительно спрессованные брикеты, также увеличивается. Наконец наступает момент, когда это усилие сравнивается с силой трения на продвижение брикетов в прессующем канале. Иными словами, величина этой силы трения определяет наибольшее усилие, которое действует на продукт и на прессующую штангу в процессе прессования брикета.

Попутно можно отметить, что величину этого наибольшего усилия можно при необходимости легко регулировать в процессе работы пресса при помощи регулировочных винтов 12 на крышке прессующего канала 11, а это, в свою очередь, влияет и на давление прессования брикета, а значит и на его толщину - в (см. рисунок 1).

После того как усилие прессования достигло наибольшего значения, происходит продвижение и вновь сформированного брикета и всех брикетов в прессующем канале на толщину брикета - в. На этом заканчивается рабочий ход прессующей штанги, после чего она движется в обратном направлении, совершая холостой ход до своего крайнего левого положения, снова открывая загрузочное отверстие воронки, начиная новый цикл прессования следующего брикета.

Таким образом, нормальная работа может быть при том условии, что прессующий канал полностью заполнен брикетами. Только тогда возможно создать определенную силу сопротивления продвижению брикетов, а, следовательно, и определенное давление прессования брикета. Спрессовывания вновь сформованного брикета с ранее сформованными в корпусе пресса обычно не происходит, так как плотность продукта в брикете не постоянна. Она значительно выше там, где брикет соприкасается с прессующей штангой и меньше на противоположном конце. Поэтому на выходе из прессующего канала брикеты достаточно легко отделяется друг от друга.

Определение усилий

Величину наибольшего усилия прессования брикета - Рmax, Н (см. рисунок 1), а следовательно и необходимую силу трения продвижению брикетов в прессующем канале можно определить следующим образом:

P max = σ · F; (1)

max = 22000000 · 0,0025 = 55000 H.

где: σ - наибольшее удельное давление, необходимое для получения брикета, Па. Оно зависит от вида продукта и его физико-механических свойств (см. таблицу задания).

F - площадь поперечного сечения прессующей штанги, м2, соответствующая форме и размерам формуемых брикетов:

F = B· H ; (2)

F = 0,05 · 0,05 = 0,0025 м2.

где В - ширина брикета, м;

Н - высота брикета, м.

Это усилие возникает в момент окончания формования брикета, т.е. в момент начала продвижения брикетов в прессующем канале. Оно передается на детали приводного механизма прессующей штанги.

Индикаторная диаграмма

Выше было показано, что в момент времени, когда усилие прессования достигает наибольшего значения можно определить значение всех сил, действующих в приводном механизме и крутящего момента на приводном валу. Теперь можно проследить за изменением этих сил в процессе прессования за один оборот кривошипа.

Построим диаграмму изменения усилий за один оборот кривошипа, где на оси абсцисс будем откладывать перемещение прессующей штанги - S, м, а на оси ординат значения действующих сил в Н (рисунок 2). Так как прессующая штанга за один оборот кривошипа совершает один двойной ход (влево и вправо) - 2S, то условно оба эти перемещения изобразим на диаграмме одной прямой линией ОВ, где отрезок ОА характеризует перемещение штанги вправо (ход S), а отрезок АВ характеризует перемещение штанги влево (ход S). Заметим, что если - Rк радиус кривошипа, то ход - S = 2Rк и соответственно - 2S = 4Rк .

Рассмотрим подробно действие сил при движении штанги во время рабочего хода, от крайнего левого до крайнего правого положения.

В начале движения, до перекрытия загрузочного отверстия (отрезок ОС) штанга не испытывает заметного сопротивления, так как прессование продукта при открытом загрузочном отверстии не происходит, а сила трения на продвижение прессующей штанги ничтожно мала в сравнении с другими силами. Поэтому в принятом нами масштабе сил ордината этого отрезка не отлична от нуля. По оси абсцисс отрезок ОС равен фактически размеру загрузочного отверстия в направлении движения прессующей штанги, взятому в масштабе перемещений. Практически этот размер берут равным длине формуемого брикета - L, м.

Начиная от точки С усилие прессования увеличивается, т.к. загрузочное отверстие перекрыто и происходит сжатие продукта в закрытом объеме. Усилие возрастает до наибольшего значения в точке Д, как раз до того момента, когда закончится формование брикета. Однако для определения положения точки Д лучше рассмотреть процесс от крайне правого положения прессующей штанги, т.е. от точки А.

Рисунок 2. Индикаторная диаграмма пресса

Так как в этот момент времени усилие от наибольшего значения в точке Е резко падает практически до нуля в точке А, поэтому можно провести вертикальную линию АЕ, равную величине наибольшего усилия прессования Р, Н, отложенного в масштабе сил.

Отрезок ДЕ - характеризует процесс продвижения брикетов в прессующем канале под действием постоянного наибольшего усилия на величину - L, равную длине брикета, отложенному в масштабе перемещений.

Определив таким образом положение точки Д, соединяем точки С и Д прямой линией, показывающей равномерное нарастание усилия прессования.

Горизонтальная линия - AB характеризует холостой ход прессующей штанги при фактически нулевом усилии.

Полученная ломаная линия ОСДЕАВ представляет собой диаграмму изменения сил, действующих на прессующую штангу и весь механизм ее привода за один оборот кривошипа со стороны прессуемого продукта. То есть фактически эта диаграмма сил сопротивления.

Пользуясь этой диаграммой легко определить не только нагрузку на все детали пресса в любой момент движения, но и энергоемкость процесса прессования, т.е. мощность, потребную для привода пресса.

Действительно, если механическая работа определяется обычно как произведение силы на пройденный путь, то по индикаторной диаграмме, на которой по осям отложены эти параметры, можно определить работу сил сопротивления - Ас (Дж). Эта работа характеризуется площадью трапеции СДЕА и равна величине этой площади - FСДЕА , вычисленной по индикаторной диаграмме. Как известно площадь трапеции равна произведению полусуммы оснований на высоту, поэтому:

FСДЕА = (AC + ДE) · AE / 2 (3)

В частности, для брикетирующего пресса, как мы уже знаем, индикаторная диаграмма сил сопротивления за один оборот кривошипа представляет собой трапецию.

В данном случае АС, ДЕ и АЕ выражают конкретные величины, а именно:

АС - ход прессующей штанги от момента перекрытия загрузочного отверстия до конца ее перемещения вправо. Если величина загрузочного отверстия равна L, м , а полный ход штанги - S, м равен: S = 4 · L , то

АС = S - L = 3 · L, м; (4) =S - L = 3 · 0,035 = 0,105 м.

ДЕ - величина перемещения брикетов в прессующем канале, равная длине - L одного брикета, м;

АЕ - наибольшее усилие на прессующей штанге - P max, Н (см. рис. 1 и уравнение 1).

Таким образом, имеется возможность подставить в уравнение (3) вместо указанных отрезков натуральные величины перемещений в метрах и усилия в ньютонах, а потому не учитывать масштабы этих величин. Тогда согласно уравнению (3) получим значение работы сил сопротивления - Ac , Дж:

Ac = (3 · L + L) · P max / 2 = 2 · L · P max ; (5) = (3 · 0,035 + 0,035) · 55000 / 2 = 3850 Дж.

N = Ac / Тк ; (6)

N = 3850 / 1,71 = 2252 Вт.

Здесь Тк - кинематический цикл механизма привода прессующей штанги равный:

Тк = 60 / nк ; (7)

Tk = 60 / 35 = 1,71.

где nк - частота вращения кривошипа, мин-1. Она находится из заданной производительности пресса - П, шт / ч:

nк = П / 60 ; (8)

nk = 2100 / 60 = 35 мин-1.

Мощность электродвигателя - Nэ , Вт с учетом общего КПД привода пресса - η0 (0,7 - 0,8) и коэффициента запаса мощности - к (1,1 - 1,3) равна:

Nэ = N · к / η0 ; (9)

Nэ = 2252 · 1,2 / 0,75 = 3603 Вт.

С другой стороны, электродвигатель привода прессующей штанги, имея на своем валу постоянный крутящий момент, создает на кривошипе постоянное окружное усилие - Р0, Н, величина которого может быть найдена из индикаторной диаграммы.

Это усилие можно отложить на оси ординат диаграммы. В масштабе сил она изображается отрезком ОО1. Так как за один оборот кривошипа эта сила остается постоянной, то можно провести на диаграмме прямую горизонтальную линию О1В1, которая фактически представляет собой график движущих сил.

Из закона о сохранении энергии следует, что для того чтобы машина работала, работа сил сопротивления - Ас , Дж должна быть равна работе движущих сил - Ад , Дж. Последняя работа на индикаторной диаграмме изображается площадью прямоугольника - ОО1В1В, которая равна произведению отрезков ОО1 · ОВ. Но ОО1 = Р0 , Дж, а ОВ = 2· S, м. Следовательно, работа движущих сил - Ад , Дж равна: Ад = Р0 · 2 · S. Или с учетом принятого соотношения (4) и уравнения (5) окружное усилие - Р0, Н равно:

Р0 = Рmax / 4; (10)

P0 = 55000 / 4 = 13750 H.

Делая анализ полученной индикаторной диаграммы легко заметить, что за один оборот кривошипа существуют два принципиально различных случая движения прессующей штанги. На участках О1F и А1В1 движущая сила превышает силу сопротивления, а на участке FA1 сила сопротивления превышает движущую силу.

Любая площадь того или иного графика силы на индикаторной диаграмме, по своему физическому смыслу, как было показано выше, представляет собой работу, производимую этой силой, так как работа - это есть произведение силы на пройденный путь. Поэтому, площадь ОО1В1В представляет собой работу движущих сил, а площадь СДЕА - работу сил сопротивления в прессе за один оборот кривошипа.

На участке FA1 работа сил сопротивления (площадь F1FДЕА) намного превышает работу движущих сил (площадь F1FА1А).

Разность этих двух площадей (площадь FДЕА1) характеризует избыточную работу сил сопротивления - Аи, Дж. Величину избыточной работы сил сопротивления обычно определяют по индикаторной диаграмме как площадь трапеции - FFДEA1.

FFДEA1 = (ДЕ + FA1) · ЕА1 / 2; (11)

где в натуральном выражении эти отрезки представляют следующие величины:

ДЕ - длина брикета - L, м;

ЕА1 - разность сил - (Рmax − P0 ), Н;

FA1 = FД1 + L (см рисунок 2.) Из двух подобных треугольников ОДД2 и FДД1 имеем соотношение: ДД2 / СД2 = ДД1 / FД1 . Откуда:

FД1 = (СД2 · ДД1) / ДД2 . Подставив сюда натуральные значения этих отрезков, после преобразований будем иметь величину - FД1 = 3L/2, м.

Тогда избыточная работа сил сопротивления - Аи, Дж будет равна: Аи = 4 · L · P0; подставив сюда (10), получим:

Аи = L · P max; (12)

Aи = 0,035 · 55000 = 1925 Дж.

Наличие избыточной работы сил сопротивления Аи приводит к тому, что ведущему звену в этот момент не хватает энергии для привода в движение механизма и его вращение замедляется. При этом угловая скорость его снижается до величины - ωmin (в точке A1).

На других участках диаграммы АВ и ОF1 нет работы Аи и работа движущих сил здесь намного превышает работу сил сопротивления. Ведущее звено приводного механизма, не испытывает заметного сопротивления, начинает разгоняться и его угловая скорость увеличивается до величины - ωmax (в точке F1).

Таким образом, в машинах этого типа существует неравномерность вращения ведущего звена механизма, которая количественно оценивается так называемым «коэффициентом неравномерности хода» - δ. Величина этого коэффициента определяется по следующему выражению:

δ = (ωmax ─ ωmin ) / ωср ; (13)

где ωср - средняя угловая скорость ведущего звена, с-1.

Для пищевых машин коэффициент неравномерности хода должен быть не более 0,02.

С целью поддержания коэффициента неравномерности хода на требуемом уровне в машинах этого типа устанавливается маховик. Маховик является аккумулятором энергии. Он запасает кинетическую энергию тогда, когда работа движущих сил превышает работу сил сопротивления и отдает ее ведущему звену тогда, когда работа сил сопротивления превышает работу движущих сил.

Для того, чтобы маховик мог выполнять указанные выше функции, он должен иметь определенные размеры, которые, в свою очередь, зависят от необходимого момента инерции маховика.

Определение необходимого момента инерции маховика

Выше было показано, что избыточная работа сил сопротивления - Аи изменяет угловую скорость ведущего звена механизма от wmax до wmin. Следовательно, она численно равна разности кинетических энергий на ведущем звене Еmax и Еmin (Дж), т.е.

Aи = Еmax ─ Еmin ; (14)

Так как ведущее звено (кривошип) вращается, то его кинетическая энергия - E, Дж в общем случае равна:

E = m ∙ ν2 / 2 ; (15)

где m - вращающаяся масса тела, кг или (Н × с2/м);

n - окружная скорость вращения тела, м/с.

Но так как n = w × R, поэтому:

E = I ∙ ω2 / 2 ; (16)

где I = mR2 - момент инерции вращающейся массы, кг × м2 (H ∙ м × с2);

w - угловая скорость вращения, с-1.

Поскольку любое движущееся звено приводного механизма (в том числе и маховик) запасают некоторое количество кинетической энергии, то , пользуясь понятием «приведения», кинетическая энергия ведущего звена (кривошипа) - Ек, Дж, т.е. «звена приведения - к», будет равна:

Eк = Iпр.к ∙ ωк2 / 2 ; (17)

где Iпр.к. - приведенный момент инерции к валу кривошипа, Н × м × с2;

wк - угловая скорость кривошипа, с-1.

Так как угловая скорость кривошипа в этом механизме изменяется от wк, max до wк, min, то учитывая выражения (14), (15) и (17), можно записать:

Аи = ( Iпр.к ∙ ωmax2 / 2 ) ─ ( Iпр.к ∙ ωmin2 / 2 )

Последнее выражение можно представить в виде:

Аи = Iпр.к ∙ ( ωmax2 ─ ωmin2 ) / 2.

Разность квадратов угловых скоростей в скобках можно разложить на произведение их суммы и разности.

Аи = Iпр.к ∙ [(ωmax + ωmin ) / 2] ∙ (ωmax ─ ωmin )

Величина в квадратных скобках является средней арифметической угловой скоростью кривошипа - wк.ср, а разность угловых скоростей в круглых скобках (wк,max - wк,min), согласно выражению (13), равна произведению - d ∙ wк.ср. Поэтому последнее выражение можно упростить и записать:

Аи = Iпр.к ∙ ωк.ср2 ∙ δ ; (18)

Отсюда величина приведенного момента инерции - Iпр.к, (Н × м × с2), которую необходимо иметь на кривошипе с тем, чтобы определенная избыточная работа сил сопротивления - Аи, найденная из индикаторной диаграммы, преодолевались бы с определенным коэффициентом неравномерности хода - δ при определенной средней (номинальной) угловой скорости вращения кривошипа - wк . Но известно, что ωк = p · nк / 30, поэтому из уравнения (18) приведенный момент инерции на кривошипе - Iпр к , (Н × м × с2) равен:

Iпр к = 91,28 · Аи / (nк2 · δ); (19)

Iпр.к = 91,28 · 1925 / (352 · 0,2) = 717,2 H · м · c2.

Так как в механизме привода прессующей штанги (см. рисунок 1.) кривошип с маховиком связаны редуктором, то, пренебрегая потерями энергии в этой передачи, можем утверждать, что кинетическая энергия на валу кривошипа - Ек равна кинетической энергии на валу маховика - Ем поэтому:

Iпр.к ∙ ωк.2 / 2 = Iм ∙ ωм2 / 2 ;

где wм - угловая скорость вращения маховика, с-1.

Из этого уравнения можно определить величину момента инерции маховика - Iм, (Н × м × с2):

Iм = Iпр.к ∙ ( ωк / ωм )2 ; (20)

Если в это выражение вместо Iпр.к. подставить правую часть уравнения (19), а вместо отношения ( ωк / ωм ) подставить iр - передаточное отношение редуктора, связывающего кривошип с маховиком, то окончательно получим необходимый момент инерции маховика - Iм, Н · м · с2 :

Iм = 91,28 · Аи / (nк2 · δ · iр2 ) ; (21)

Таким образом, по уравнению (21) можно определить необходимый момент инерции маховика - Iм штангового брикетирующего пресса для того, чтобы известная избыточная работа сил сопротивления - Аи преодолевалась бы с определенным значением коэффициента неравномерности хода - d при известной номинальной частоте вращения кривошипа - nк.

Определение размеров маховика

Размеры маховика зависят, в основном, от того момента инерции Iм, которым он должен обладать. Вспомним, что понятие момента инерции связано с мерой инерции вращающегося тела. Если при поступательном движении тела мерой инерции является масса этого тела, то в случае вращающейся массы, такой мерой является момент инерции вращающегося тела. В общем виде величина момента инерции - I, кг × м2 (Н × м × с2) равна:

I = m · R2 ; (22)

где: m - масса вращающегося тела, кг;

R - радиус вращения центра тяжести тела, м.

Поэтому легко заметить, что мера инерции вращающегося тела - его момент инерции зависит не только от массы этого тела - m, но, в большей степени (в квадрате), от расстояния - R, на котором удалена эта масса от оси вращения.

В связи с этим при проектировании маховика надо стремиться к тому, чтобы маховик имел не только большую массу, но и как можно больший радиус вращения этой массы. Поэтому маховики проектируют либо с тяжелым массивным ободом, либо выполняют их сплошными. Кроме того, так как маховик по своей сути является аккумулятором кинетической энергии, необходимо стремиться к тому, чтобы он имел наибольшую скорость вращения.

Сделаем расчет размеров маховика (см. рисунок 3), имеющего прямоугольное сечение обода радиусами r и R (м) и шириной а (м) на известный момент инерции Iм, (Н × м × с2). Для этого выделим в ободе маховика элементарный кольцевой объем на расстоянии - y от оси вращения и размером - dy. Согласно уравнению (22) элементарный момент инерции - dI этого элементарного объема будет равен:

dI = dm · y2 ; (23)

Рисунок 3. Схема к расчету размеров маховика

где dm - масса этого объема, кг.

Ее можно определить как произведение объема этого элемента - dV (м3) и плотности материала - ρ (кг / м3 ), из которого он изготовлен , т.е.:

dm = dV ∙ ρ; (24)

Объем этого элемента - dV, очевидно, будет равен:

dV = α ∙ 2 ∙ π ∙ y ∙ dy , (25)

Подставив уравнения (24) и (25) в уравнение (23), будем иметь:

dI = α · dy · 2· p · y · ρ · y2

или dI = 2 ∙ p ∙ α ∙ ρ ∙ y3 ∙ dy; (26)

Чтобы определить общий момент инерции указанного маховика, надо проинтегрировать выражение (26) по всему сечению обода, т.е. при изменении переменной - y в пределах от r до R. Тогда окончательно будем иметь, что момент инерции маховика - Iм , Н · м · с2 равен:

Iм = 1,57 ∙ α ∙ ρ ∙ ( R4 − r4 ); (27)

В случае сплошного маховика будем иметь r = 0. Тогда момент инерции такого маховика - Iм (Н × м × с2) будет равен:

Iм = 1,57 ∙ α ∙ ρ ∙ R4, откуда: R = [Iм / (1,57 ∙ α ∙ ρ)]0,25;

Или диаметр маховика - D2, м равен:

D2 = [ 1,27 · Iм / (α ∙ ρ)]0,25; (28)

D2 = [ 1,27 · 1,793 / (0,03 · 7800)]0,25 = 0,31 м.

Полученные выражения (27) и (28) позволяют определить размеры маховика , если известен необходимый его момент инерции. Например, задаваясь радиусами R и r по уравнению (27) можно определить ширину маховика а (м), или по уравнению (28) определить диаметр маховика - D2, задаваясь его шириной - α. Плотность стали или чугуна - ρ = 7800 ÷ 8000 кг/м3 .

Кинематика привода пресса

При определении момента инерции маховика пресса - Iм , было установлено (см. уравнение 21), что величина этого момента зависит от частоты его вращения. Чем больше скорость маховика, тем больше энергии он запасает для преодоления избыточной работы сил сопротивления с требуемой неравномерностью хода и тем меньшие размеры он может иметь.

Поэтому наиболее целесообразно устанавливать маховик на наиболее быстроходном валу в кинематике привода. Для этого в приводе устанавливают ременную передачу, ведомый шкив которой выполнен в виде маховика. Одним из вариантов компоновки привода пресса может служить кинематическая схема, представленная на рисунке 4.

От электродвигателя вращение через клиноременную, поликлиновую или зубчатоременную передачу передается на входной вал редуктора, на котором установлен маховик в виде соответствующего шкива, с размерами определенными выше.

Редуктор выбирается по каталогу в зависимости от передаваемой мощности электродвигателя - Nэ, Вт (9) и требуемого передаточного отношения - ip, обеспечивающего кривошипу пресса частоту вращения - nк, мин-1 (8).

По каталогу принимают стандартное передаточное отношение двухступенчатого зубчатого редуктора - ip = 20; 25; 31,5; 40. Поэтому частота вращения входного вала редуктора, то есть частота вращения маховика - n1, мин-1:

n1 = nк · ip ; (29)

n1 = 35 · 20 = 700 мин-1.

Кроме того, был рассчитан требуемый диаметр маховика - D2, м (28). Целесообразно для этого пресса совместить маховик с ведомым шкивом клиноременной передачи. При выборе электродвигателя выбрана частота вращения вала электродвигателя - nэд, мин-1. Значит можно рассчитать передаточное отношение ременной передачи - iрп:

iрп = nэд / n1 = D2 / D1 ; (30)

Откуда можно рассчитать диаметр ведущего шкива на валу электродвигателя - D1, м;

D1 = D2 / iрп ; (31)

D1 = 0,31 / 20 = 0,016 м.

Расчет передачи привода

Для привода брикетирующего пресса от электродвигателя к редуктору используется клиноременная передача, схема которой представлена на рисунке 5.

Схема клиноременной передачи

Исходные данные: электродвигатель мощностью - N э (9) Вт, частота вращения (асинхронная) - nэд , мин-1 ; передаточное отношение передачи - iрп (30); режим работы - средний; работа в две смены.

.Сечение (тип) ремня выбирают в зависимости от передаваемой мощности - N, кВт по таблице 1 при частоте вращения ведущего шкива около 1000 мин ─1. В соответствии с новым ГОСТ 1284.3 - 96 обозначение сечений изменилось в соответствии с международными стандартами, а именно: О - Z; A - A; Б - B; В - С.

. Ранее в кинематическом расчете было показано, что для брикетирующего пресса наиболее целесообразно в качестве ведомого шкива использовать маховик. Значит известен диаметр ведомого шкива - D2 (28), мм и диаметр ведущего шкива - D1 (31), мм.

Таблица 1

. Определяют межцентровые расстояния между шкивами: минимальное - Аmin и максимальное - Amax, м:

Аmin = 0,6 × (D1 + D2); (32)= 0,6 · (0,016 + 0,31) = 0,196 м

Аmax = 1,2 ∙ (D1 + D2) ; (33) = 1,2 · (0,016 + 0,31) = 0,391 м.

Между этими значениями принимают ориентировочное межцентровое расстояние - А0 , мм.

. Затем определяют ориентировочно расчетную длину ремней - L0, м при помощи вспомогательных величин - X и Y;

X = 1,57 × ( D1 + D2 ); (34)

X = 1,57 × (0,016 + 0,31) = 0,512 м

Y = [(D2 - D1) / 2]2 ; (35)

Y = [(0,31 - 0,016) / 2]2 = 0,022 м

Lo = 2 × Аo + X + Y / Аo ; (36)

Lo = 2 × 0,3 + 0,512 + 0,022 / 0,3 = 3,5 м = 3500 мм.

Принимают ближайшую длину ремней - L, мм из стандартного ряда: - L = 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500, 2800, 3150, 3450, 3600.

. Уточняют межцентровое расстояние - А, мм:

А = 0,25 × [ (L - X) + Ö (L - X)2 - 8 × Y ]; (37)

А = 0,25 × [ (35 - 512) + Ö (35 - 512)2 - 8 × 22 ] = 0,25 мм.

. Определяют угол обхвата ремнем ведущего шкива - α, град:

α = 180 - [57 × (D2 - D1) / А]; (38)

α = 180 - [57 × (0,31 - 0,016) /0,25 ] = 113 град.

. Определяют коэффициенты рабочих параметров передачи:

C1 = 0,38 + 0,00355 · 148 = 0,9; (39)

C2 = 0,92; C3 = 1; C4 = 1,4.

. Определяют число ремней - Z. Для ремня выбранного сечения (см таблицу 1) , при диаметре ведущего шкива - D1 мм, с передаточном отношении около 3 и частоте вращения ведущего шкива около 950 мин-1 определяют мощность - N0 , кВт , передаваемую одним ремнем.

N0 = 6,4 ∙ 10 ─4 ∙ D11,55

. Значит число ремней - Z0 при известной передаваемой мощности привода - Nэ , Вт равно:

Z0 = Nэ / (1000 ∙ N0 × C1 · С2 · С3 · С4) ; (40)

Z0 = 3603 / (1000 ∙ 0,6 × 0,9 · 0,92 · 1 · 1,4) = 5,1

Округлить и принять число ремней - Z = 5.

. Определяют скорость ремней - v, м/с:

v = 0,052 × D1 × nэд ; (41)

v = 0,052 × 0,016 × 2= 0,002 м/с.

. Определяют силу натяжения ветви одного ремня - So, Н. Коэффициент - q для ремня выбранного сечения указан в табл.1.

So = [0,85 ∙ 106 × Nэ × С4 × C2 / ( Z × v × C1)] + q × v2 ; (42)0 = 4,4 H.

. Рассчитают силу, действующие на валы - F, Н:

F = 2 × So × Z × sin(α / 2) ; (43)

F = 2 × 4,4 × 5 × sin(0,03 / 2) = 0,012 H.

. Определяют число пробегов ремня - i, c−1 :

i = v / L ; (44)

i = 0,002 / 0,35 = 0,6 c-1.

. Находят коэффициент, учитывающий разность шкивов - x :

x = 1,114 × U ; (45)

x = 1,114 × 0,2 = 0,23

. Заканчивается расчет определением ресурса работы передачи - Но, ч , приняв число циклов, выдерживаемых одним ремнем - Nоц = 5,7×106:

Но = Nоц × x × Z / (3600 × i ) ; (46)

Но = 5,7× 106 × 0,23 × 5 / (3600 × 0,6 ) = 3035

Рассчитанный режим работы должен соответствовать установленному стандартом в промежутке между легким (5000 ч) и средним (2000 ч) режимами.

Литература

штанговый брикетирующий пресс

1. Основы расчета и конструирования машин и автоматов пищевых производств. под. ред. Соколова А.Я. М.- «Машиностроение». 1969

. Драгилев А.И., Руб М.Д. Сборник задач по расчету технологического оборудования кондитерского производства. - М.: ДеЛи Принт, 2005.

. Вельтищев В.Н., Калошин Ю.А. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств. Часть 2. «Машины для выполнения процессов измельчения, прессования и перемешивания».Учебное пособие.- М., МГУТУ, 2005.

. Д.Н. Решетов. Детали машин. Учебник для технических вузов. - М.: Машгиз. 1961.

. Курсовое и дипломное проектирование технологического оборудования пищевых производств. Лунин О.Г. и др. - М.: Агропромиздат, 1990.

. Проектирование механических передач: Учебно - справочное пособие для втузов. /С.А. Чернавский, Г.А. Снесарев, Б.С. Козинцов и др. - 5-е изд., перераб. и доп. - Машиностроение, 1984.