Методичні вказівки

3.1 Проектування машин і механізмів для очищення овочів.

При проектуванні машин для очистки коренебульбоплодів необхідно визначити основні розміри робочої камери і теркового диску, а також оптимальну швидкість обертання останнього, знайти споживану потужність двигуна приводу і підібрати його із серії 4А.

3.1.1. Картоплеочисні машини з плоским терковим диском

При проектуванні картоплеочисної машини слід спочатку визначити основний параметр – діаметр робочої камери.

Діаметр робочої камери знаходять із виразу:

кг/год (3.1.1)

де Q_c – продуктивність машини за сировиною, кг/год;

D – діаметр робочої камери, м;

H – висота робочої камери, м;

– насипна маса продукту, кг/м³,

– коефіцієнт використання камери,

t₁+t₂+t₃ – час на завантаження, обробку і видалення із машини порції картоплі, відповідно, с.

При розрахунках слід прийняти H = ; t₁ = 5…10c; t₂ = 60…120c; t₃ = 10…15c; = 0, 6…0, 7; кількість відходів при очищенні – 20-25% від маси оброблюваного продукту.

Оптимальну швидкість обертання терткового диску визначають за формулою:

n = (1, 25…1, 35) n_min, об/хв; (3.1.2)

де n_min – мінімально допустима кількість обертів обертання теркового диску за хвилину.

Значення n_min визначається за формулами:

(3.1.3)

де f - коефіцієнт тертя бульб об абразивну поверхню теркового диску, f = 0, 7…0, 9;

g – прискорення сили тяжіння, м/с²;

d – усереднений діаметр бульб, м;

k_y – коефіцієнт пружності бульб, k_y =0, 25…0, 4.

Електродвигун приводу підбирають виходячи зі споживаної потужності N, яка обчислюється відповідно з виразу:

кВт (3.1.4)

де N₁ – потужність, необхідна для підкидання бульб картоплі у камері, Вт;

N₂ –потужність, необхідна для подолання сил тертя бульб об тертковий диск, Вт;

η – ККД передатних механізмів.

(3.1.5)

(3.1.6)

За розрахованою споживчою потужністю підібрати електродвигун серії 4А.

До захисту курсового проекту представити: збірне креслення механізму (дві проекції) з розрахованими параметрами (1 аркуш формату А1); робоче креслення металічної основи теркового диску, двох конічних шестерень і робочого валу мультиплікатора (4 формату А3 на 1 аркуші формату А1).

3.1.2.Картоплеочисні машини з конічним тертковим диском (типу МОК)

При проектуванні картоплеочисної машини слід прийняти форму робочої камери у вигляді циліндра, з^’єднаного внизу з усіченим конусом. При радіусі R циліндричної частини камери і радіуси R_k і r_k верхньої і нижньої основи конуса дорівнюють:

Н_ц=2/3 R; Н_к=1/3 R; R_k= R; r_k=2/3 R

Діаметр циліндричної камери D=2R знаходять із виразу (3.1.1), де коефіцієнт = 0, 5...0, 6 для конічного диску. Решта величин приймаються за вказівками до виразу (3.1.1).

Оптимальну швидкість обертання теркового диску визначають за формулою (3.1.2).

Три значення n_min знаходять за формулами:

,

де θ – половина кута при вершині конуса диска; θ = 45…50º;

δ –кут між радіусом-вектора і дотичною до траєкторії руху, δ =50…70º.

При визначенні n приймається найбільше значення n_min. Електродвигун приводу підбирають за потужністю, обчисленою згідно з виразу:

(3.1.7)

де N₁ – потужність, необхідна для подолання сил тертя бульб об плоску частину диска, Вт;

N₂ – потужність, необхідна для подолання сил тертя бульб об конічну частину диска, Вт;

N₃ – потужність, необхідна для підкидання бульб у камері, Вт.

(3.1.8)

(3.1.9)

(3.1.10)

де всі величини відзначені раніше.

За розрахованою споживчою потужністю підібрати електродвигун серії 4А.

До захисту проекту представити: збірне креслення машини (дві проекції); робочі креслення металічної основи теркового диска, двох шестерень або шківів та робочого вала (4 формату на1 аркуші формату А1).

3.2. Проектування машин і механізмів для подрібнення овочів.

При проектуванні овочерізальних машин необхідно визначити основні розміри камери і робочого органу, знайти споживану потужність двигуна приводу і підібрати його із серії 4А, виконати робочі та збірні креслення.

3.2.1. Овочерізки дискові з вертикальним розміщенням опорного диску

(типу УММ-10 і МС 10-160)

Продуктивність дискових овочерізок визначають за формулою

(3.2.1)

де Q – продуктивність овочерізки за сировиною, кг/год;

F – площа поперечного перерізу одночасно нарізуваних частин продукту, м²;

υ - середня швидкість руху робочого органа відносно продукту, м/с;

φ – коефіцієнт використання робочої площі опорного диска (φ = 0, 1…0, 2);

γ – насипна маса продукту, кг/м³.

Площу F розраховують за формулою

(3.2.2)

де R, r – відповідно максимальна і мінімальна відстань від осі обертання до меж робочої ділянки леза, розміщеного паралельно до площини опорного диска, м;

h – товщина відрізаних частин продукту, м;

ψ – коефіцієнт використання довжини робочої ділянки леза.

Середню швидкість руху робочого органу відносно продукту знаходять із виразу

, (3.2.3)

де n – частота обертання опорного диска, хв^-1.

При розрахунках слід вважати, що n дорівнює частоті обертання опорного диска машини-аналога; приймають r = 0, 02…0, 03м; φ = 0, 1…0, 2; ψ = 0, 7…0, 9.

Електродвигун приводу слід підбирати виходячи із потрібної потужності N, яка визначається за формулою:

(3.2.4)

де N₁ – потужність, необхідна для розрізання продукту, Вт;

N₂ – потужність, необхідна для відгинання шару нарізаного продукту, Вт;

N₃ – потужність, необхідна для подолання сил тертя продукту по поверхні опорного диска, Вт;

η – ККД передатних механізмів.

(3.2.5)

(3.2.6)

(3.2.7)

де q – питомий опір різанню продукту прямим лезом, Н /м;

α – кут загострення леза ріжучих інструментів, ^о;

ƒ – коефіцієнт тертя продукту об поверхню ножів або диска;

θ – кут нахилу поверхні затискного клина до опорної межі леза, ^о;

Z_p – кількість одночасно ріжучих ножів;

β – коефіцієнт, який враховує вплив мікротріщин під час зсуву продукту;

μ – коефіцієнт Пуассона;

E – модуль пружності Юнга, Па.

Для овочерізок, що проектуються слід прийняти: α =10...15˚; θ = 25...35˚; β = 0, 10...0, 15; μ = 0, 45...0, 50.

За розрахованою споживчою потужністю підібрати електродвигун серії 4А.

До захисту представити: збірне креслення механізму спільно з приводом (дві проекції) з розрахованими параметрами (1 аркуш формату А1); робоче креслення диска ножа, зубчатого циліндричного або черв’ячного колеса та вала (4 формату А3 на одному аркуші формату А1).

3.2.2. Овочерізки дискові з горизонтальним розміщенням опорного диску

(типу МРО-350 і МОП Ι Ι -1)

Для овочерізок такого типу продуктивність визначається за формулою

(3.2.8)

де Q – продуктивність овочерізки за сировиною, кг/год;

F – площа завантажувального отвору, м²;

υ - швидкість просування продукту в напрямку, перпендикулярному до поверхні диска, м/с;

φ – коефіцієнт використання площі опорного диска (φ = 0, 3…0, 4);

γ – насипна маса продукту, кг/м³.

Площа використання круглих завантажувальних отворів F визначається за наступною формулою:

(3.2.9)

де D – діаметр завантажувального отвору, м.

Для серпоподібних завантажувальних отворів F визначається за їхніми дійсними розмірами для кожної конкретної машини.

, (3.2.10)

де h – товщина відрізаних скибочок продукту, м;

n – частота обертання опорного диску, хв^-1;

Z_р – кількість ножів, які розміщено паралельно до поверхні опорного диска, шт.

Електродвигун приводу слід підбирати виходячи із споживаної потужності N, яка визначається за формулою:

кВт (3.2.11)

де N₁, N₂ – потужність, необхідна для розрізання продукту ножами, розташованими паралельно та перпендикулярно до площини опорного диска відповідно, Вт;

N₃ – потужність, необхідна для відгинання шару нарізаного продукту, Вт;

N₄, N₅ – потужність, необхідна для подолання сил тертя продукту в опорній поверхні ножів, розташованих паралельно і перпендикулярно до площини опорного диска відповідно, Вт;

η – ККД передатних механізмів.

(3.2.12)

(3.2.13)

; (3.2.14)

;

P₄ = 40...60 H;

де K – середній коефіцієнт ковзання леза (K = 2, 5….3, 0);

Z_p – кількість комплектів зубців гребінок, що ріжуть одночасно;

b – крок розподілення зубців гребінки, м (задається в завданні);

a, δ – ширина і товщина зубців гребінки, м (a = 0, 003...0, 005м; δ =0, 0003...0, 0005 м).

(3.2.15)

Позначення нерозшифрованих символів ідентичні вказаним у п. 3.2.1.

За розрахованою споживчою потужністю підібрати електродвигун серії 4А.

До захисту представити: збірне креслення овочерізки типу МРО або змінної овочерізки МОП з приводом (дві проекції, 1 аркуш формату А1); збірне креслення опорного диска з ножами (дві проекції, 0, 5 аркуша формату А1); робочі креслення ріжучих інструментів, одного зубчатого колеса або шківів, одного з валів передатного механізму (0, 5 аркуша формату А1).

3.2.3.Овочерізка роторна (типу МРО 400-1000)

У процесі проектування необхідно спочатку визначити основні розміри робочого органу – діаметр основи ротора D і висоту H, прийнявши .

Продуктивність роторних овочерізок визначається за формулою

(3.2.16)

де Q – продуктивність овочерізки за сировиною, кг/год;

F – площа поперечного перерізу одночасно нарізуваних частин продукту, м²;

υ - швидкість руху продукту відносно робочого органа, м/с;

φ – коефіцієнт, що характеризує частку робочого часу протягом одного оберту ротора (φ = 0, 10…0, 15);

γ – насипна маса продукту, кг/м³.

У свою чергу:

, (3.2.17)

де Н – висота камери, яка дорівнює довжині ділянки ріжучих інструментів, м;

h – товщина відрізаних скибочок або брусочків продукту, м;

ψ – коефіцієнт використання довжини робочої ділянки леза, (ψ = 0, 3...0, 4).

(3.2.18)

де D – діаметр ротора, м;

n – частота обертання робота, хв^-1.

Під час проектування овочерізки n дорівнює частоті обертання ротора машини-аналога. Для визначення D слід розв’язати квадратне рівняння, одержане з виразу продуктивності за підставленням F та υ.

Електродвигун приводу підбирають виходячи із споживаної потужності N, яка визначається із виразу:

кВт (3.2.19)

де N₁‚ N₂ – потужність двигуна, необхідна для розрізання продукту ножами, розташованими паралельно і перпендикулярно до осі ротора, відповідно, Вт;

N₃ – потужність, необхідна для відгинання шару нарізаного продукту, Вт;

N₄‚ N₅ – потужність, необхідна для подолання сил тертя продукту об поверхню ножів, розташованих паралельно і перпендикулярно до осі обертання ротора, відповідно, Вт;

η – ККД передатного механізму клинопасової передачі.

(3.2.20)

(3.2.21)

(3.2.22)

де θ – кут між лопатями ротора та стінкою камери, ^о (θ = 35...45°).

Нерозшифровані позначення символів ідентичні раніше приведеним в п.3.2.1. і 3.2.2.

За розрахованою споживчою потужністю підібрати електродвигун серії 4А.

До захисту представити: складальне креслення овочерізки (2 проекції, 1 аркуш формату А1); складальне креслення ріжучих ножів, основи ротора, шківа передачі робочого вала (4 формату А3 на 1 аркуші формату А1).

Розміри усіх збірних та робочих креслень повинні відповідати розрахованим.

3.2.4. Овочерізка пуансонна (типу МС 28-100)

У процесі проектування овочерізки пуансонного типу, робоча камера якої призначена для розміщення тільки одного великого коренебульбоплоду або кількох дрібних, необхідно визначити параметр, що характеризує продуктивність, кількість подвійних ходів пуансона за хвилину, із формули:

, кг/год (3.2.23)

де Q_c – продуктивність овочерізки за сировиною, кг/год;

M – маса одного великого коренебульбоплоду або кількох дрібних, кг;

n_n – кількість подвійних ходів пуансона за хвилину, дв.х./хв.

Кількість відходів при обробці продукту прийняти в межах 15 – 20 %.

Кількість подвійних ходів пуансона слід прийняти рівну кількості обертів кривошипа. При цьому діаметр пуансона слід прийняти рівну кількості обертів кривошипа. При цьому діаметр пуансона і хід, рівний подвоєному радіусу кривошипа, прийняти такими же, як і у аналога.

Електродвигун приводу підбирають виходячи із споживаної потужності N, яка визначається за формулою:

(3.2.24)

де N₁ – потужність необхідна для розрізання продукту лезами ножа решітки, Вт;

N₂ – потужність, необхідна для подолання сил тертя продукту об поверхню ножів, Вт;

η – ККД передатних механізмів редуктора і кривошипно-кулісного механізму.

(3.2.25)

(3.2.26)

де D – діаметр пуансона, м;

a, b – ширина і товщина розрізаних брусочків продукту, м;

r_к – радіус кривошипа, м;

ψ – коефіцієнт використання лез решітки за довжиною;

q – питомий опір різанню оброблювального продукту, Н / м;

E – модуль пружності продукту, Па;

δ, h – товщина і ширина ножів решітки, м;

ƒ – коефіцієнт тертя продукту об поверхню ножів.

При визначенні споживаної потужності двигуна приводу пуансонної овочерізки слід приймати радіус кривошипа r_к = 0, 5D, коефіцієнт ψ = 0, 6...0, 7.

За розрахованою споживчою потужністю підібрати електродвигун серії 4А.

До захисту представити: збірне креслення пуансонної овочерізки (2 проекції, 1 аркуш формату А1); робочі креслення ріжучих інструментів, пуансона, черв’ячного колеса і вала (4 формату А3 на 1 аркуші формату А1). Розміри на збірних робочих кресленнях повинні відповідати розрахованим.

3.2.5.Овочерізки з комбінованими робочими органами

(типу МС 18-160, МРОВ-160)

Продуктивність овочерізки визначається за формулою

(3.2.27)

де V₀ – об’єм завантажувального бункера, м³;

- коефіцієнт заповнення об’єму бункера ( = 0, 8…0, 9);

γ - насипна маса продукту, кг/м³;

- відповідно тривалість завантаження та обробки порції продукту, с (приймають = 8…12с).

Об’єм завантажувального бункера V₀ розраховують за формулою

(3.2.28)

де D – діаметр завантажувального бункера, м;

Н – висота завантажувального бункера, м; приймають Н = 1, 5 D.

, (3.2.29)

де n – частота обертання горизонтальних ножів, хв^-1;

h – товщина відрізаних скибочок, м.

Електродвигун приводу слід підбирати виходячи із споживаної потужності N, яка визначається за формулою:

(3.2.30)

де N₁ – потужність, яка необхідна для нарізання продукту лезами обертального ножа, Вт;

N₂ – потужність, яка необхідна для розрізання продукту лезами ножової решітки, Вт;

N₄, N₅ – потужність, необхідна для подолання сил тертя продукту об поверхню ножа, що обертається і ножової решітки, Вт;

η – ККД передатних механізмів (конічного або черв’ячного редукторів).

(3.2.31)

де - момент опору обертанню ножа під час різання продукту, Н^.м;

ω – частота обертання горизонтальних ножів, рад/с;

Р_ін – проекція результуючого зусилля на напрямок швидкості різання, Н;

r_сер – відстань між віссю обертання ножа й віссю бункера, м.

Проекція результуючого зусилля на напрямок швидкості різання дорівнює

де Р₁ – зусилля на розрізання продукту ріжучою крайкою горизонтального ножа, Н;

Р₂ – зусилля на відгинання скибочки, що відрізається, Н;

Р₃ – зусилля притиснення продукту до опорної грані ножа, Н;

α – кут загострення ножа, ^о;

f – коефіцієнт тертя продукту об поверхню ножів.

Зусилля на розрізання продукту ріжучою крайкою горизонтального ножа розраховують за формулою

де - питомий опір продукту різанню на одиницю довжини леза, Н/м.

Зусилля на відгинання скибочки, що відрізається, визначається за формулою

де G – модуль зсуву, Па.

Зусилля притиснення продукту до опорної грані ножа розраховується за формулою

де Р_шт – маса штовхача, Н.

Потужність, яка витрачається на розрізання продукту ножовою решіткою, розраховують за формулою

(3.2.32)

де - зусилля на розрізання продукту ножовою решіткою, Н;

- зусилля на подолання тертя продукту об бічні поверхні грані ножової решітки, Н;

- середня швидкість руху продукту крізь ножову решітку, м/с.

Зусилля на розрізання продукту ножовою решіткою

де - довжина лез ножової решітки під робочою гранню ножа, м.

Довжина лез ножової решітки під робочою гранню ножа визначається за формулою

де - товщина горизонтального ножа, м;

α – крок чарунок ножової решітки, м.

Зусилля, яке направлене на подолання тертя продукту об бічні поверхні грані ножової решітки, розраховують за формулою

де - напруга тиску продукту, який знаходиться в чарунках ножової решітки, Па;

F – площа бокових граней ножів решітки, що розташовані під робочою гранню горизонтального ножа, м².

Напруга тиску продукту, який знаходиться в чарунках ножової решітки, розраховується за формулою

,

де δ – товщина ножів ножової решітки, м;

Е – модуль пружності Юнга, Па;

μ – коефіцієнт Пуассона.

Площа бокових граней решітки дорівнює

де Н^* - висота ножової решітки, м.

Середня швидкість руху продукту крізь ножову решітку визначається за формулою

За розрахованою споживчою потужністю підібрати електродвигун серії 4А.

До захисту представити: збірне креслення овочерізки змінного механізму або овочерізки з індивідуальним приводом (у 2 – проекціях, 1 аркуш формату А1); робочі креслення ножа, що обертається, конічних шестерень або черв’ячної пари, одного із валів редуктора (4 формату А3 на 1 аркуші формату А1).

Розміри на збірних та робочих кресленнях повинні відповідати розрахованим.

3.2.6. Протиральні машини і механізми (типу МП-800, МОП ІІ-1)

У процесі проектування протиральних машин визначають основний розмір робочого органу, який характеризує продуктивність, діаметр протирального сита, для чого із виразу продуктивності знаходять величину максимальної відстані від осі обертання до межі робочої ділянки лопаті.

Продуктивність протиральної машини визначається за формулою

, (3.2.33)

де Q – продуктивність протиральної машини за сировиною, кг/год;

R, r – максимальна і мінімальна відстань від осі обертання до межі робочої ділянки протиральних лопатей, м;

Z – кількість протиральних лопатей, шт;

n – частота обертання лопатей, хв^-1;

ψ – коефіцієнт, який характеризує відношення ширини лопаті до її довжини;

ε – коефіцієнт «живого» перерізу сита;

φ – коефіцієнт використання робочої площі – проекції лопаті на сито;

γ – насипна маса продукту, кг/м³;

К – коефіцієнт прослизання продукту по ситу;

α – кут нахилу лопаті до поверхні сита, ^о;

β – коефіцієнт зменшення продуктивності, який залежить від фізико-хімічних властивостей продукту.

При розрахунках приймають: r = 0, 025...0, 035м; n приймають відповідним до аналога; ψ = 0, 25...0, 35; ε = 0...0, 35; φ = 0, 25...0, 30; К = 0, 7...0, 8; β = 5...7 (при обробці м’яса); α = 30°.

Значення R дорівнює приблизному значенню дійсного кореня неповного кубічного рівняння типу

Це рівняння розв’язується методом Кардано, при цьому одержують дійсне значення кореня:

де

.

Електродвигун приводу підбирають виходячи із споживаної потужності N визначається за формулою:

(3.2.34)

де N₁ – потужність, необхідна для розрізання продукту крайками отворів, Вт;

N₂, N₃ – потужність, необхідна для подолання сил тертя продукту об поверхні сита і протиральної лопаті, Вт;

η – ККД передатних механізмів.

(3.2.35)

(3.2.36)

де q – питомий опір різанню продукту, Н/м;

d – діаметр отворів сита, м;

ƒ – коефіцієнт тертя продукту об поверхню робочих органів.

За розрахованою споживчою потужністю підібрати електродвигун серії 4А.

До захисту представити: збірне креслення протирального механізму типу МОП у зборі з універсальним приводом або протиральної машини типу МП-800 (у двох проекціях на 1 аркуші формату А1); робочі креслення протиральної лопаті, сита, одного із валів передатного механізму і шестерні або шківа (4 формату А3 на 1 аркуші формату А1).

Розміри на збірних і робочих кресленнях повинні відповідати розрахованим.