Главная Коллекция "Revolution" Производство и технологии Устройство механизированного ручного инструмента, простых машин, машин-автоматов и роботов

Устройство механизированного ручного инструмента, простых машин, машин-автоматов и роботов

Описание устройства и принципа работы модернизируемого куттера. Показатели, подтверждающие работоспособность разработанного объекта. Расчет привода чаши куттера, клиноременной передачи, привода перегружателя. Расчеты деталей на прочность и жесткость.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	16.12.2015
Размер файла	469,5 K

посмотреть текст работы

скачать работу можно здесь

полная информация о работе

весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

куттер привод клиноременный жесткость

Целью переработки мяса является получение пищевых продуктов в виде наживного мяса на кости или без кости, мелкокусковых натуральных полуфабрикатов, реструктурированных полуфабрикатов и широкой гаммы колбасных изделий и соленостей.

На мясоперерабатывающие заводы и в цеха поступает мясо в виде полутуш или отрубов охлажденных или замороженных, мясо в кусках без кости охлажденное или замороженное в блоках. Поэтому технологический процесс переработки начинается с разделки исходного сырья, приведения его по размерам и температуре к параметрам, необходимым для дальнейшей переработки, содержащей, как правило, несколько технологических переделов: многоступенчатое измельчение, перемешивание и вымешивание, формование, наполнение колбасных оболочек и консервной тары, термическую обработку, фасовку и упаковку. Для этих целей используют разнообразное оборудование: механическое, тепловое, диффузионное.

На первых этапах обрабатывают мясо на кости. Это нестабильное по свойствам и размерам сырье, трудно поддающееся формализованному описанию, необходимому для перехода от ручного труда, простых машин к машинам-автоматам и роботам. Наиболее трудоемкими операциями, трудно механизируемыми и поэтому преимущественно выполняемыми вручную, являются операции обвалки и жиловки мяса, разделки полутуш животных и тушек птицы на сортные отруба и части.

Современное состояние информационных технологий, средств контроля и измерения, оперативной обработки замеренных параметров, управление машинами с помощью микропроцессоров, имеющих обратную связь с рабочими органами, позволяют создавать комплексно автоматизированные и роботизированные установки, комплексы, линии.

Мясоперерабатывающая промышленность вплотную подошла к созданию безлюдных технологий на базе машин-автоматов, роботов и транспортных систем, управляемых компьютером. В большей степени автоматизация процесса достигнута в технологиях, где сырье является гомогенной массой (фарши) или штучными одинаковой формы изделиями: котлеты, фрикадельки, сосиски, консервы.

В настоящем курсовом проекте рассматривается устройство механизированного ручного инструмента, простых машин, машин-автоматов и роботов.

1. Описание устройства и принципа работы модернизируемого куттера Л5-ФКМ

Куттер Л5-ФКМ (рис. 1) предназначен для окончательного тонкого измельчения мяса и приготовления фарша при производстве варено-копченых, полукопченых, сырокопченых, вареных, ливерных колбас, сосисок и сарделек. Допускается измельчение охлажденного от -1 до +5 °С мяса в кусках массой не более 0,5 кг, а также блоков замороженного мяса размерами 190x190x75 мм температурой не ниже -8 °С.

Он состоит из станины с электродвигателями приводов ножевого вала и чаши, червячного редуктора привода чаши, ножевого вала, защитной крышки, выгружателя, механизма загрузки, дозатора воды и электрооборудования с пультом управления.

Станина изготовлена из двух отдельных частей. В нижней части на качающихся плитах установлены электродвигатели приводов ножевого вала и чаши, в верхней части на подшипниках качения -- ножевой вал, на консоли которого расположены ножевые головки. Механизм выгрузки -- редуктор, к которому с одной стороны фланцем присоединен электродвигатель, с другой -- труба выгружателя с проходящим через нее валом привода тарелки. Исполнительный орган выгружателя -- тарелка. В момент начала выгрузки продукта она получает вращение, а так как одновременно включается муфта червячной пары, то медленно опускается в чашу -- фарш выгружается. При достижении тарелкой дна чаши муфта отключается, движение тарелки вниз прекращается, она продолжает вращаться до полной выгрузки продукта, а затем включается реверс и тарелка поднимается вверх.

Зона куттерных ножей закрыта защитной крышкой из нержавеющей стали, заполненной внутри звукопоглощающим материалом, снизу к ней крепится скребок для удаления с наружной поверхности фарша и направления его в лоток, установленный на ограждении чаши. Механизм загрузки -- тележка для транспортирования продукта к куттеру и механизм ее опрокидывания, смонтированный в чугунной станине.

Дозатор воды включает в себя бак с датчиками доз, центробежный насос с электродвигателем для подачи воды в чашу и соленоидный клапан. Принцип работы дозатора основан на объемном измерении. Бак его постоянно наполнен водой доверху. Для выдачи дозы включается насос подачи воды в чашу на определенное число литров. Когда уровень ее понизится на заданную величину, насос автоматически отключается, клапан открывается, и вода из магистрали поступает в бак.

Рис. 1. Куттер Л5-ФКМ: Общий вид: 1-- станина с приводом чаши; 2 --тележка; 3-- механизм загрузки; 4-выгружатель; 5 --тарелка выгружателя; 6 --маша с ножевым палом;

Куттер состоит из станины с электродвигателя привода ножевого вала и чащи, червячного редуктора привода чащи, ножевого вала, защитной крышки, механизма выгрузки, механизма загрузки с тележкой, дозатора воды и электрооборудования с пультом управления.

Станина куттера состоит из двух отдельных частей, отлитых из чугуна и жестко соединенных между собой с помощью болтов. В нижней части станины, на качающихся плитах, установлены электродвигателя привода ножей и чащи.

Ножевой вал смонтирован на подшипниках качения в верхней части корпуса станины, на консоли которого устанавливаются ножевые головки.

Привод чащи представляет собой червячный редуктор, который получает вращение от двухскоростного электродвигателя. Чаща опирается на упорный подшипник, вмонтированный в крышке червячного редуктора.

Механизм выгрузки представляет собой конструкцию, состоящую из редуктора, с одной стороны к которому прифланцован электродвигатель привода, а с другой - труба выгружателя с проходящим через неё валом привода тарелки. Внутри корпуса установлена электромагнитная муфта, отключающая механизм подъёма и опускания выгружателя в арайних положениях тарелки.

Зона куттерных ножей закрыта защитной крышкой из нержавеющей стали, заполненной внутри звукопоглощающим материалом, снизу к которой крепятся специальные скребки.

Дозатор воды состоит из бака, в котором установлены датчики доз, центробежного насоса с электродвигателем для подачи воды в чащу и соленоидного клапана.

Механизм загрузки состоит из тележки, предназначенной для транспортировки продукта к куттеру и механизма её опрокидывания, смонтированного в чугунной станине. Механизм опрокидывания представляет собой систему рычагов, получающих вращение от электродвигателя, через ременную передачу и две червячные пары.

Пульт управления представляет собой отдельный шкаф с панелью управления, закреплённый на специальном кронштейне с правой стороны станины.

Силовые аппараты, элементы автоматики и защиты электрооборудования от перегрузок и коротких замыканий, размещены в ниже, выполненной станине куттера.

Проёмы станины закрыты специальными облицовочными крышками с резиновыми прокладками.

Устройство и работа изделия и составных частей куттера Л5-ФМК.

Внутри станины на общей оси крепятся две подмоторные плиты, на которые устанавливаются электродвигатели 11 и 12 привода ножевого вала I и чащи XII.

Вращение ножевого вала I осуществляется от электродвигателя 12 через клиноременную передачу 8. Установка ножей XIII на валу производится равномерно и симметрично согласно схеме расположения ножей.

Вращение чащи XII осуществляется от электродвигателя 11, через клиноременную передачу 7 и червячный редуктор 13, внутри которого на общем валу установлена храповая муфта. Муфта обеспечивает возможность поворота чащи вручную (в направлении рабочего движения) для удобного расположения сливной пробки при полной санитарной обработке машины. Сливная пробка устанавливается чаще со стороны рабочего объёма и фиксируется с наружной стороны (снизу) специальной защёлкой.

Положение механизма выгружателя при верхнем крайнем положении диска является не рабочим. Рабочим органом выгружателя является диск XIV.В момент начала выгрузки продукта диск начинает вращаться, а так как одновременно включается электромагнитная муфта XV червячной пары, диск выгружателя медленно опускается в чашу и производится выгрузка готового фарша. Крайнее нижнее положение, также как и верхнее, фиксируется специально установленными ограничителями и блокируется конечными выключателями. При достижении диском дна чаши (зазор между диском выгружателя и дном чаши 1-2 мм) электромуфта отключается, и движение диска вниз прекращается, диск вращается до полной выгрузки продукта, затем включается реверс, и диск выгружателя поднимается вверх до первоначального положения. Реверс включается после первой остановки диска выгружателя по окончании выгрузки.

Вал выгружателя VIII над рабочим пространством чаши проходит через трубу, которая одним концом с помощью фланца соединена неподвижно с корпусом редуктора выгружателя, а на другом - закреплён металлический скребок.

Скребок служит для удаления с наружной поверхности диска выгружателя фарша и направления его в лоток, установленный на ограждении чаши.

Для обеспечения безопасных условий работы, а также предотвращения выбрасывания приготовленного фарша, часть чаши в зоне работы ножей закрывается защитной крышкой.

Защитная крышка в поднятом положении фиксируется упором за счёт собственной массы, а в опущенном положении опирается на цилиндрическую поверхность внутреннего лабиринта ножевого вала. Зазор между крышкой и чашей устанавливается 0,5мм за счёт прокладок между станиной и кронштейном, на котором крепится крышка. Открывание крышки производится вручную за крышку.

Поворот рычагов механизма загрузки XVII осуществляется от электродвигателя 14 посредством ременной передачи 10 и червячных 15,16 передач. Вращаясь с постоянной скоростью, верхний червячный сектор 16 проворачивает вал XI с рычагами, концы которых снабжены захватами для фиксации тележки. Ограничение поворота рычагов осуществляется установкой блокирующих конечных выключателей, установленных внутри станины. Механизм загрузки при помощи переходника связан со станинной куттера.

Принцип работы дозатора воды V основывается на объёмном измерении. Бак дозатора постоянно доверху наполнен водой. Для выдачи определённой дозы включается насос подачи воды в чашу на определённое число литров и, когда уровень воды понизится на заданную величину, насос автоматически отключается, а соленоидный клапан открывается и вода из магистрали поступает в бак.

На куттере установлены пять асинхронных двигателей. Их защиту от токов короткого замыкания и от перегрузок осуществляют автоматические выключатели В1, В2 и В3, одновременно выключатели В2 и В3 используют в режиме наладки.

Назначение следующих элементов следующее:

ВП - выпрямительное устройство, предназначенное для питания электромагнитной муфты ЭМ1.

ЭМ1- электромагнитная муфта предназначена для выключения выгружателя в двух крайних положениях.

Тр- трансформатор для питания цепей управления напряжением 36В.

Пр1,Пр2- предохранители для защиты цепей управления.

КнС1,КнС2,КнСЧ,КнС8,КнП1…КнП7 - кнопки для пуска, управления приводами и временным блоком.

В7,В8- переключатели для переключения скоростей ножей и чаши, и В13- переключатель для установки дозы воды.

В4- блокировка работы куттера при открывании крышки ножей.

В5,В6- выключатели для ограничения хода подъёмника «вверх», «вниз».

МП1,МП2- микропереключатели- блокировка выгружателя.

РВ- реле времени для разгона двигателя М1 на первой скорости.

Р2- пускатель для подачи напряжения на цепи управления.

Зв- сирена звуковая сигнализация при открывании крышки (при вращающихся ножах). Сирена устанавливается в удобном при эксплуатации месте.

Блок измерения температуры мяса. Измерение проводят после включения двигателя ножей. Датчиком блока является терморезистор, заключенный в специальный корпус и находящийся под крышкой ножей. Питание блока сбалансированное. Показания температуры снимаются с микроамперметра, шкала 25-0-25 градусов.

Блок питания и генератор расположен в пульте на печатной плате (блок ПГ). С него снимают стабилизированные напряжения 150В, 30В постоянного тока и импульсы отрицательной полярности с частотой следования 10 сек.

150В- используются для питания индикаторных ламп.

30В- используется для питания счётных декад.

Блок индикации времени измельчения состоит из двух цифровых индикаторных ламп ЛЦ1 (мин) и ЛЦ2 (сек10), двух счётных декад на тиристорах. При включении цепей управления (кнопкой КнП1) высвечивается «0» мин и «0» секунд. Пуск блока времени производится кнопкой КнП7. Срабатывает реле (74-75). Генератор начинает выдавать импульсы (выход 80). На счётную декаду «сек10» шестой импульс переводит секундную декаду в 0, минутную в «1» и т. д. Максимальный счёт - 8 минут. Ручной сброс показаний счётчика производится кнопкой КнС8.

Блок выдержки включает блокировку (сирену) при открывании крышки ножей в течение приблизительно 40 сек после выключения питания на двигатель ножевого вала. После этой выдержки ножевой вал не должен вращаться.

Доза воды набирается переключателем В13 (5…35 литров). После загорания лампы ЛС1 (полный бак), нажимается кнопка КнПБ «доза». После слива установленного количества воды бак снова наполняется - вновь загорается лампа ЛС2.

Лампа ЛС2 сигнализирует о подаче напряжения в цепи управления. Лампа ЛС3 сигнализирует вспышками о вращении ножевого вала. Аварийный стоп осуществляется кнопкой КнС1 с грибовидным толкателем.

2. Литературный обзор и патентный поиск

В рамках этого раздела производится литературно-патентный обзор по способам производства и техническому оборудованию. В результате выбирается способ модернизации куттера.

Патентный обзор проводился с целью выявления и анализа уже разработанных конструкций куттеров. В результате были обнаружены конструкции куттера снабженные различными устройствами, позволяющими повысить качество измельчения, повысить производительность и снизить энергозатраты.

Авторское свидетельство СССР №1140825 А23. 1985 г.

Цель изобретения - обеспечение возможности измельчения твёрдых материалов, преимущественно сырой кости, и равномерности износа режущих лезвий ножа по всей длине.

Формула изобретения: поставленная цель достигается тем, что в центробежном измельчителе, содержащем заключённый в кожух корпус с ножами и установленный в последнем на вертикальном приводном валу диск с лопастями, последние выполнены радиально направленными и, кроме одной лопасти, в виде V- образных желобов, вершины которых обращены в сторону, противоположную направлению вращения диска, и расположены ступенчато над диском.

Авторское свидетельство СССР № 1614780 А1. 1988 г.

Цель изобретения- повышение производительности и улучшение качества перемешивания.

Формула изобретения: агрегат для приготовления мясного фарша, отличающийся тем что, с целью повышение производительности и улучшение качества перемешивания, смеситель выполнен в виде барабана с перфорированной боковой стенкой, смонтированного с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, насадки установлены так, что их выходные отверстия разнесены по окружности барабана и расположены над его стенкой на различной высоте так, что выходящие из них компоненты располагаются на стенке послойно, при этом агрегат дополнительно содержит цилиндрический прижимной валик, установленный параллельно барабану с возможностью вращения во встречном направлении с образованием зазора между их стенками и служащий для продавливания компонентов через перфорацию барабана.

Авторское свидетельство RU 2189277 С1.

№2301706 С2. 2007 г.

Изобретение относится к мясоперерабатывающей промышленности. Цель изобретения - изобретение позволяет исключить потери фарша рассечением и подавлением турбулентности потока фарша.

Из выше рассмотренных патентов наиболее рационально применить в данном курсовом проекте (патент № 2189277)

3. Описание разработанного объекта

Изобретение предназначено для тонкого измельчения мяса и рыбы. Куттер содержит основание, чашу, вал с ножевым пакетом, крышкой и уплотнением и привод, при этом он снабжен приспособлением для рассекания и подавления турбулентности потока жидкого фарша, жестко прикрепленным к горизонтальной полке ножевой крышки, содержащим не менее двух вертикальных направляющих, расположенных по концентрическим окружностям чаши протяженностью, менее или равной одной четверти длины своей окружности, и перекрываемых сверху пластинами, при этом направляющая большего диаметра отстоит от последнего ножа пакета на расстояние, соответствующее толщине ножевого пакета, а каждая последующая направляющая установлена со смещением относительно предыдущей на две толщины ножевого пакета. Изобретение позволяет исключить потери фарша рассечением и подавлением турбулентности потока фарша (рис 3).

Рисунок 2

Описание изобретения

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано для тонкого измельчения мяса и рыбы для получения пастообразных фаршей.

Известен куттер, включающий корпусе размещенной в нем чашей, ножевой головкой, крышкой ножевой головки и узлом ее фиксации. На кромке чаши размещено фторопластовое кольцо (а.с. СССР № 1688921, В02С 18/06, от 19.09.89 г.)

Недостаток этого куттера состоит в том, что при приготовлении пастообразных и жидких фаршей происходит утечка фарша через ножевую крышку.

Наиболее близким к заявляемому устройству является куттер, содержащий станину, основание с крышкой, чашу с кольцевым уплотнением, ножевой вал с крышкой и уплотнением и привод. Крышка ножевого вала снабжена дугообразным скребком с выступом (а.с. № 1629097, В02С 18/08, от 26.12.88 г.).

Скребок с выступом не устраняет утечки для приготовления пастообразных и жидких фаршей.

Технической задачей заявляемого куттера является рассечение и подавление турбулентности потока, образующейся при приготовлении жидких и пастообразных фаршей в зоне измельчения.

Указанный технический результат достигается тем, что известный куттер, содержащий основание, чашу, вал с ножевыми пакетами, крышкой и уплотнением и привод, снабжен приспособлением для рассекания и подавления турбулентности потока жидкого фарша, жестко прикрепленным к горизонтальной полке ножевой крышки, содержащим не менее двух вертикальных направляющих, расположенных по концентрическим окружностям чаши протяженностью, менее или равной четверти длины своей окружности, и перекрываемых сверху пластинами, при этом направляющая большего диаметра отстоит от последнего ножа на расстояние, соответствующее толщине ножевого пакета, а каждая последующая направляющая установлена со смещением относительно предыдущей на две толщины ножевого пакета.

Вертикальные направляющие, установленные со смещением относительно друг друга, рассекают весь турбулентный поток жидкого фарша, а перекрытие сверху подавляет потоки, кроме того, направляющие с перекрытием образуют каналы для свободного прохода фарша.

На рис.2 представлен куттер, общий вид, на рис 3 -то же, вид сверху, на рис 4 - приспособление для рассечения и подавления потока, вид сверху.

Куттер содержит основание 1 с размещенной на нем чашей 2, вал 3 с ножевыми пакетами 4, откидной крышкой 5 и уплотнением 6, привод 7. К горизонтальной полке 8 крышки 5 жестко прикреплено приспособление 9 для рассекания и подавления турбулентности потока жидкого фарша, состоящее из двух вертикальных направляющих 10 и 11, расположенных по концентрическим окружностям чаши 2 протяженностью менее одной четверти длины своей окружности. Направляющие 10 и 11 сверху перекрыты пластинами 12, образуя каналы для свободного прохода потока фарша. Направляющая 10 отстоит от последнего ножа ножевого пакета 4 на расстояние L, равное толщине ножевого пакета, а направляющая 11 смещена относительно направляющей 10 на расстояние, равное 2L. Такое расположение направляющих обеспечивает нормальную работу ножевого пакета и полное подавление турбулентности в потоке фарша.

Для куттеров большой производительности и больших объемов чаши (> 250 литров) приспособление 9 может содержать три и более вертикальных направляющих.

Куттер работает следующим образом:

В чашу 2 при закрытой крышке 5 загружают компоненты измельчаемого сырья, включают куттер, приводятся во вращение чаша 2 и ножевой пакет 4, в результате чего происходит измельчение и перемешивание компонентов фарша. При приготовлении паштетных фаршей, которые по своей структуре являются полужидкими, на выходе из-под ножевого пакета происходит турбулентное завихрение выходящего потока, который рассекается направляющими 10 и 11, а сверху подавляется пластинами 12, далее рассеченный поток свободно проходит через каналы, образованные направляющими 10, 11 и перекрытиями 12, исключая выбрасывания фарша из чаши куттера.

Использование предлагаемого технического решения позволит исключить потери при приготовлении полужидких и жидких фаршей.

Формула изобретения

Рисунок 3

Куттер, содержащий основание, чашу, вал с ножевым пакетом, крышкой и уплотнением и привод, отличающийся тем, что он снабжен приспособлением для рассекания и подавления турбулентности потока жидкого фарша, жестко прикрепленным к горизонтальной полке ножевой крышки, содержащим не менее двух вертикальных направляющих, расположенных по концентрическим окружностям чаши протяженностью менее или равной одной четверти длины своей окружности и перекрываемых сверху пластинами, при этом направляющая большего диаметра отстоит от последнего ножа пакета на расстояние, соответствующее толщине ножевого пакета, а каждая последующая направляющая установлена со смещением относительно предыдущей на две толщины ножевого пакета.

4. Расчеты, подтверждающие работоспособность

В этом разделе приводятся различные виды расчетов, связанные с конкретной задачей и спецификой разрабатываемого (модернизируемого) объекта. Необходимо совместно с руководителем проекта наметить важные характеристики машины или аппарата (расход сырья, производительность, размеры реакционной зоны, мощность, кинематические соотношения и т. д.), которые определяются расчетным путем. При этом формулируется цель расчетов: определение конструктивных элементов, обеспечивающих достижение требуемых характеристик (конструктивный расчет) или определение достигаемых результатов при разработанном техническом решении (проверочный расчет).

Расчеты в общем случае должны содержать:

эскиз или схему рассчитываемого изделия, детали, кинематическую схему и т. д.;

задачу расчета (с указанием, что нужно определить);

исходные данные, условия и расчет;

выводы и заключение.

Эскизы и схемы допускается вычерчивать в произвольном масштабе, обеспечивающем четкое представление о рассчитываемых объектах.

4.1 Технологический расчет

Основной целью технологического расчета является определение исходных параметров, необходимых для специальных расчетов отдельных элементов машины (аппарата), а также при выполнении графической части. Технологические расчеты осуществляются на основе материального баланса, производительности, подбора оборудования, а также определение основных конструктивных размеров элементов машины (аппарата), в которых осуществляется тот или иной технологический процесс или технологическая операция. Они могут включать в себя расчеты дозаторов, питателей и т. д.

Результаты технологического расчета дают возможность обосновать применение в промышленности выбранной поточной линии, агрегата, машины, аппарата или устройства, обеспечивающие максимальную интенсификацию обработки сырья или полуфабриката.

При проектировании выбирают оптимальный вариант технологического процесса, обеспечивающий наименьшие издержки производства и высокие технико-экономические показатели оборудования.

В технологических расчетах на основании материального баланса определяются расходы сырья, полуфабрикатов и других ингредиентов, а также величина их необходимого запаса и количество получаемой продукции.

Производительность рассчитывается на основании продолжительности технологического процесса или цикла аппарата, количества потоков, объема реакционной зоны, скорости транспортирующего или рабочего органа и других данных. Учитывается возможность повышения производительности за счет сокращения длительности процесса, осуществления параллельных потоков и т. д.

При определении производительности в ряде случаев необходимо произвести кинематические расчеты для нахождения рабочего цикла машины или скоростей движения отдельных рабочих органов.

Технологический расчет куттера

Целью расчета является определение производительности.

Теоретическая производительность куттера Q, кг/ч, определяется по формуле:

Q = 60V·б·с/ ф;(1)

где а-коэффициент загрузки чаши по основному сырью (б=0,4...0,8) Принимаем б=0,7; V - вместимость чаши, м {V= 0,125 м³); с=плотность фарша, кг/м³ (с= 1100 кг/м³); ф- длительность цикла, мин:

ф= ф ₁+ф₂+ ф₃+ ф₄;(2)

где ф ₁ - время загрузки, мин (ф ₁ = 1 мин); ф₂- время перемешивания, мин (ф₂= 2 мин); ф₃ - время куттерования, мин (ф₃ = 6 мин); ф₄ - время загрузки, мин ( ф₄ =1мин):

ф =1+2+6+1=10 мин,

Q = 60·0,125·0,7·1100/1 = 577,5 кг/ч.

Количество продукта, получаемого за восьмичасовую смену Q_см, кг:

Q_см =Q·8 = 8·577,5 = 4620.(3)

4.2 Кинематические расчеты

В качестве исходных данных для расчета основных кинематических параметров машины (аппарата) принимают ее теоретическую производительность. Величина, обратная производительности - рабочий цикл. Он равен промежутку времени, за который в машине (аппарате) вырабатывается единица продукции. Определив рабочий цикл, можно найти ритм рабочих органов машин и аппаратов и, соответственно, необходимые скорости их движения или вращения.

Методы и содержание расчетов зависят от конструктивных особенностей проектируемого оборудования. Кинематический расчет иллюстрируется схемами и циклограммами, которые являются графическими конструкторскими документами и выполняются в соответствии с ГОСТ 2.703-68. Обозначения на схемах (циклограммах) и в расчетах должны совпадать, при этом в расчете на них делаются ссылки.

В общем случае любая кинематическая цепь машины (аппарата) состоит из следующих частей: электродвигателя, преобразующего электроэнергию в механическое вращение ротора; передаточных механизмов, распределяющих это вращательное движение между отдельными рабочими органами машины (аппарата) и обеспечивающих им требуемые скорости движения; исполнительных механизмов, ведущее звено которых соединено с передаточным механизмом, а конечное ведомое - с рабочим органом. Исполнительные механизмы преобразуют вращательное движение на ведущем звене в необходимое движение рабочего органа. Конкретные методы расчета зависят от конструктивных особенностей проектируемого оборудования, свойств перерабатываемого продукта, особенностей технологического процесса, видов используемых механизмов и других параметров.

Кинематический расчет предполагает определение передаточных отношений кинематических пар, конструктивных параметров каждого элемента схемы, диапазона изменения частоты вращения или перемещения исполнительных механизмов при установке в схему вариаторов, диапазона изменения положения отдельных звеньев и рабочих органов.

При использовании механизмов прерывистого движения (храповых, мальтийских, кулачковых, рычажно-шарнирных и т.д.) возникают значимые динамические нагрузки. Поэтому в кинематических расчетах определяются максимальные ускорения (линейные, угловые) передаточных или исполнительных механизмов, возникающие при этом динамические нагрузки и принимаются технические решения по их уменьшению.

Практически во всех автоматах и полуавтоматах (например, для фасовки сыпучих пищевых продуктов и жидкостей, для отливки корпусов помадных конфет, в установках ускоренной выстойки, заверточных автоматах и др.) используются главным образом кулачковые, храповые и мальтийские механизмы. Поэтому в расчетно-пояснительной записке приводятся расчет и построение профиля рабочих элементов этих механизмов.

4.2.1 Расчет привода чаши куттера

Привод состоит из электродвигателя 4АМ100 L4/2 УЗМ 1081 ТУ 16-525.556-84, мощностью N₁ =2,3 кВт и с частотой вращения n₁= 1400 мин^-1, клиноременной передачи и червячного редуктора. Так как в конструкции привода чаши существенных изменений не произошло, то выполним проверочный расчет кинематической схемы привода.

Общее передаточное отношение привода i_общ равно

i_общ= i_р.п.· i_ч.р;(4)

где i_р.п - передаточное отношение ременной передачи; i_ч.р - передаточное отношение червячного редуктора.

Передаточное отношение ременной передачи определяется по формуле

i_р.п.= d₉/d₈=160/90=1,78(5)

где d₉, d₈ - диаметры шкивов на валах электродвигателя и червячного редуктора, мм (d₉= 160мм, d₈= 90 мм);

Передаточное отношение червячного редуктора i_ч.р равно

i_ч.р= z₁₁/z₁₀=58/1=58 (6)

где z₁₁ -число зубьев червячного колеса (z₁₁ = 58); z₁₀- число заходов червяка (z₁₀= 1);

Таким образом, общее передаточное отношение привода чаши куттера

i_общ= 1,78·58=103,24

Синхронная угловая скорость вращения ротора электродвигателя щ_IV, рад/с,

щ_IV= (р·n₁)/30=(3,14·1400)/30=146,5 рад/с(7)

Угловая скорость вращения чаши куттера щ_VII , рад/с,

щ_VII= щ_IV/ i_общ=146,5/103,24=1,42 рад/с(8)

что соответствует требованиям технологического процесса.

4.2.2 Расчет клиноременной передачи

Исходные данные для расчета: передаваемая мощность Р_дв = 24.5 кВт; частота вращения ведущего (меньшего) шкива n_дв=2880 об/мин; передаточное отношение u_р= 1,11; скольжение ремня е = 0,01.

По номограмме (3-( на рис. 7.3) [6]) в зависимости от частоты вращения меньшего шкива n_дв и передаваемой мощности Р =0.55 кВт принимаем сечение клинового ремня В.

Вращающий момент:

T=P/щ_дв=24500/301,4=81,3 Н•м =81,3•10³ Н•мм ; (9 )

щ_дв=р• n_дв/30=3,14•2880/30=301,4 рад/с; (10)

Диаметр меньшего шкива примем из кинематической схемы куттера:

d₁=180мм;

Диаметр большего шкива примем из кинематической схемы куттера:

d₂=200мм .

Уточняем передаточное отношение

u_р = d₂/ (d₁ (1- е))=200/(180(1-0.01))?1,11. (11)

Вращающий момент на втором валу

Т₂=Т₁·U_р=81,3·10³·1,11=90,2·10³ Н·мм.(12)

Длину ремня принимаем из паспортных данных куттера L=2000мм.

Уточненное значение межосевого расстояния а_р с учетом стандартной длины ремня L:

а_р=0,25•((L- w )+ (L- w)²-2•y)=0,25•((2000-596,6)+ (2000-596,6)²-2•400)=702мм (13)

w = 0,5р (d₁+d₂) = 0,5 •3,14 (180+ 200)= 596,6 мм; (14)

у =( d₂- d₁)² = (200- 180)²=400.(15)

При монтаже передачи необходимо обеспечить возможность уменьшения межосевого расстояния на 0,01L= 0,01 • 2000 = 20мм для облегчения надевания ремней на шкивы и возможность увеличения его на 0,025L= 0,025•2000 = 50 мм для увеличения натяжения ремней.

Угол обхвата меньшего шкива по формуле

б₁=180⁰-57•(d₂-d₁)/а_р=180⁰-57•(200-180)/702=178⁰(16)

Коэффициент режима работы, учитывающий условия эксплуатации ножевого вала при двухсменной работе С_р = 1,3.

Коэффициент, учитывающий влияние длины ремня ( по табл. 7,9-[3])

для ремня сечения В при длине L = 2000 мм коэффициент C_L=0,88.

Коэффициент, учитывающий влияние угла обхвата (см. пояснения к формуле (7.29) [3]): при б₁ = 178° коэффициент С_б =0,99.

Коэффициент, учитывающий число ремней в передаче [см. пояснения к формуле (7.29)[3]]: предполагая, что число ремней в передаче будет свыше 6, примем коэффициент С_z = 0,85.

Числи ремней в передаче принимаем из паспортных данных:

z=(P C_p)/(P_oC_LС_бC_z)=8. (17)

где Р₀ -- мощность, передаваемая одним клиновым ремнем, кВт (см. табл. 7.8 [3]); для ремня сечения В при длине L = 2000м, работе на шкиве d₁ = 180 мм и мощность Р₀ = 11,47 кВт;

Принимаем z = 8,

Натяжение ветви клинового ремня по формуле:

,(18)

где скорость v = 0,5щ_двd₁ = 0,5 • 301,4 • 180 • 10^-3 = 27,1 м/с;

?-коэффициент, учитывающий влияние центробежных сил для ремня сечения В коэффициент

?=0.3, (Н •с²)/м².

Тогда

F₀=(850•Р•С_р•C_L)/z•v•С_б+?•v²=(850•24,5•1,3•0,88)/8•27,1•0,99+0,3•27,1²=

=331Н

Давление на валы по формуле

F_B = 2F₀z sin (/2)= 2 •331•8 •sin 89⁰ = 5295Н. (19)

Ширина шкивов В_т :

В_ш = (z- 1)е + 2f=(8- 1)·25,5+ 2•17 = 212,5 мм. (20)

Где е и f геометрические размеры шкивов по ГОСТ 20889-80 (см. табл. 7.12 [3]).

Рабочий ресурс передачи, ч:

Н₀=(N_0ц·L·(у_-1/у_max)⁸·C_i·C_H)/60·р·n₁•d₁=

=(4,7·10⁶•2000•(7/4,88)⁸•1,05•2)/60•3,14•2600•180=3623 ч(21)

где N_0ц- базовое число циклов, N_0ц=4,7·10⁶

C_i- коэффициент, учитывающий влияние передаточного числа.

C_H- коэффициент, учитывающий влияние нагрузки

у_-1- предел выносливости, для клиновых ремней у_-1=7 МПа

у_max- максимальное напряжение в сечении ремня, МПа.

у_max=у₁·у_и·у_х =1,68+3,17+0,03=4,88

Напряжение от силы F₁:

у₁=F₁/A=387,5/230=1,68 МПа(22)

F₁=F₀+F_t/2=331+113/2=387,5 Н(23)

F_t=P/(z·х)=24500/(8·27.1)=113 Н(24)

Напряжение изгиба:

у_и=E_и·h₀/d₁⁼100·5,7/180=3,17 МПа(25)

Напряжение от центробежной силы:

у_х=с·х²=1100·27.1²·10^-6=0.03 МПа(26)

C_i=1.5·i- 0.5=1.05(27)

C_H=2.

4.2.3 Расчёт привода перегружателя

Привод перегружателя состоит из электродвигателя АИР мощностью P_дв=1,1кВт с синхронной частотой вращения n_дв=1400мин^-1_,клиноременной передачи, червячного редуктора и червячного исполнительного механизма, состоящего из червяка и зубчатого сегмента. Расчет сводится к проверке мощности электродвигателя N_дв, кВт.

Необходимая мощность для подъема тележки N_п, Вт,

N_n=F_m·н_n;(28)

где F_т - сила тяжести, действующая на тележку с продуктом, Н; н_n - скорость подьема тележки, м/с;

F_m=m_общ·q;(29)

где g - ускорение свободного падения, м/с² (g = 9,81 м/с² ); m_общ - общая масса тележки с фаршем, кг;

m_общ=m_тел+m_ф;(30)

где m_тел - масса тележки, кг (m_тел= 60 кг); m_ф - масса фарша в тележке, кг;

m_ф= бVс_ф=0,2·0,125·1100=27,5кг (31)

гдес_ф - плотность фарша, кг/м³ (с_ф= 1100 кг/м³); V- вместимость тележки, м³ (V = 0,125 м³); б- коэффициент заполнения тележки (б=0,2).

Таким образом, подставив имеющиеся значения, получим:

m_общ=60+27,5=87,5кг

Теперь, зная m_общ вычислим силу тяжести F_m:

F_m =87,5·9,81=858,4Н

Скорость подъема тележки н_n , м/с, найдем по отношению:

н_н= (n_врr_врр)/30;(32)

где n_вр - частота вращения перегружателя, мин" ; r_вр - радиус вращения центра тяжести тележки, r_вр= 1,06 м;

n_вр=n_дв/i_общ,(33)

где i_общ - общее передаточное отношение привода;

i_общ= i_рп·i_чр·i_им,(34)

где i_рп- передаточное отношение ременной передачи;

i_рп=d₂/d₁=90/90=1(35)

где d₁ и d₂ -диаметры ведущего и ведомого шкивов, мм (d₁ = 90 мм, d₂ = 90 мм). Тогда i_рп=1,

Передаточное отношение червячного редуктора i_чр=20, а исполнительного механизма - i_им= 32.( данные из кинематической схемы)

Тогда общее отношение привода составит:

i_общ=1·20·32=640

а частота вращения перегружателя n_вр

n_вр==1400/640=2,19 мин^-1

Подставив данные, найдем скорость подъема тележки:

н_n=(3,14·2,19·1,06)/30=0,24м/с

Необходимая мощность привода тележки N_п, Вт,

N_n =858,4·0,24=206Вт

КПД привода находим по формуле

з_п=з_рп·з_чр·з_им·з³_пп(36)

где з_рп - КПД ременной передачи (з_рп = 0,96); з_чр - КПД червячного редуктора (з_чр = 0,8); з_им - КПД исполнительного механизма (з_им = 0,8); з_пп - КПД подшипниковой пары (з_пп = 0,99). Подставляя численные значения, получим

з_п=0,96·0,8·0,8·0,99³=0,60

Необходимая мощность двигателя N_дв,B_T, составит

N_дв=206/0,60=345Вт

Получившееся значение мощности меньше мощности электродвигателя по технической характеристике куттера, что обеспечит его надежную работу.

4.3 Теплотехнический расчет куттера

Целью расчета является определение теплоты, выделяющейся при работе измельчающих ножей и идущей на нагрев фарша и рабочих органов, а также количества льда, добавляемого в чашу куттера для охлаждения.

Составим уравнение теплового баланса вакуумной камеры куттера:

Q=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅=8290,8+2406,25+34,56+0+5892,75=

=16624,36кДж (37)

где Q₁ - количество теплоты, идущей на нагрев фарша и ножей, кДж; Q₂ - количество теплоты, затрачиваемое на нагрев фарша, кДж; Q₃ - количество теплоты на нагрев ножей, кДж; Q₄ - количество теплоты, идущее на нагрев камеры, кДж; Q₅ - количество теплоты, необходимое для таяния льда и нагрев образующейся воды, кДж. Предположим, что вся энергия электродвигателя привода измельчающих ножей расходуется на нагрев, тогда Q₁, кВт,

Q₁= Pз_пф_к,(38)

где Р - мощность электродвигателя, Р = 24,5 кВт; з_п - КПД привода, з_п= 0,94; ф_к- продолжительность процесса куттерования, с;

ф_к= ф _п+ф_р=120+240=360с(39)

где ф_п- продолжительность перемешивания, с (ф_п=120с); ф_р-- продолжительность резания, с (ф_р= 240 с);

ф_к = с. Подставляя найденные величины, получим значение Q₁ кДж,

Q₁ =24,5·0,94·360=8290,8кДж

Количество теплоты, затрачиваемое на нагрев фарша, Q₂, кДж, равно

Q₂=c_ф·m_ф(t_кф-t_оф);(40)

где с_ф - удельная теплоемкость фарша, кДж/(кг·К (с_ф= 2,5 кДж/(кг·К); m_ф - масса фарша, кг; t_кф - конечная температура фарша, °С (не должна превышать 15 °С, так как это плохо сказывается на качестве продукции. Принимаем (t_кф = 15 °С); t_оф - начальная температура фарша, °С (t_оф = 5 °С);

m_ф= бVс_ф,(41)

где V- объем чаши, м³ (V= 0,125 м³); а - коэффициент заполнения чаши (а=0,7); с_ф- плотность фарша, кг/м' (с_ф= 1100 кг/м );

m_ф =0,7·0,125·1100=96,25кг

Q₂=2,5·96,25·(15-5)=2406,25кДж

Количество теплоты Q₃, кДж, на нагрев ножей

Q₃= zc_нm_н (t_кф-t_оф),(42)

где z - количество ножей (z = 6); c_н - удельная теплоемкость материала ножей, кДж/(кг·К (с„= 0,48 кДж/(кг·К)); m_н - масса одного ножа, кг (m_н =1,2кг).

Принимаем, что начальная и конечная температуры ножей равны начальной и конечной температурам фарша. Тогда

Q₃ =6·0,48·1,2·(15-5)=34,56кДж

Количество теплоты Q₄, кДж, идущее на нагрев камеры, очень мало вследствие низкого давления в вакуумной камере, поэтому Q₄=0

Количество теплоты Q₅, кДж, необходимое для таяния льда и нагрев образующейся воды, равно

Q₅= Q_т+Q_н,(44)

где Q_т - количество теплоты, затрачиваемое на таяние льда, кДж;

Q_н - количество теплоты на нагрев образовавшейся воды, кДж;

Q_т= m_лq,(45)

Q₅₌m_л·(q+с_в·t_кф)=15·(330+4,19·15)=5893,75кДж

где m_л - масса льда, кг; q - удельная теплота плавления льда, кДж/кг (q= 330 кДж/кг);

с_в -удельная теплоемкость воды, кДж/(кг-К (с_в= 4,19 кДж/(кг·К)). Таким образом, Q₅ кДж, определим

Выразим из теплового баланса массу льда т_л, кг, необходимую для охлаждения фарша за цикл куттерования:

m_л= (Pз_пф_к- c_ф·m_ф(t_кф-t_оф)- zc_нm_н (t_кф-t_оф)) / (q+c_вt_кф);(46)

m_л=(24,5·0,94·360-2,5·96,25·(15-5)- 6·0,48·1,2·(15-5))/(330+4,19·15)

=15кг

4.4 Расчеты деталей на прочность и жесткость

Для деталей и узлов стандартного оборудования расчет носит проверочный характер и подтверждает их работоспособность при изменившихся условиях.

Оригинальные узлы и детали, сконструированные заново, имеют проектные расчеты. В первую очередь рассчитываются корпуса, крышки и днища, фланцевые соединения аппаратов, работающих под внутренним или внешним избыточным давлением. На прочность и долговечность рассчитываются валы, опоры аппаратов, быстровращающиеся диски, механические передачи, различные виды разъемных и неразъемных соединений, подшипники и другие элементы. При расчете валов необходимо построить эпюры поперечных сил, крутящих и изгибающих моментов.

4.4.1 Расчет ножевого вала куттера Л5-ФКМ.

Диаметр выходного конца червяка определим из расчета на кручение

(47)

Принимаем по ГОСТу

Диаметр под подшипником

(48)

Расстояние между опорами (49)

Длина ступицы шкива l_ст= (1,2…1,5)·d_в=50мм.(50)

Расстояние от середины конца выходного до ближайшей опоры принимаем

Определим усилия:

Сила резания:

;(51)

Принимаем усилие от клиноременной передачи:

Определим реакции опор действующие в горизонтальной плоскости:

(52)

(53)

Проверка:

,ВЕРНО

Определим изгибающий момент в вертикальной и в горизонтальной плоскости:

; (54)

;(55)

Определим суммарный изгибающий момент:

(56)

(57)

Эквивалентный момент

(58)

Определим диаметр вала в опасном сечении под подшипником:

(59)

Ножевой вал выполнен из сталь 45, термообработка - улучшение. .

Предел выносливости при симметричном цикле изгиба

. (60)

Предел выносливости при симметричном цикле касательных напряжений

.(61)

Осевой момент сопротивления

(62)

(63)

Суммарный изгибающий момент

Амплитуда нормальных напряжений

.(64)

Среднее напряжение цикла нормальных напряжений

у_m=0 МПа

Принимаем

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям

(65)

Принимаем коэффициент

Полярный момент сопротивления

(66)

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений

(67)

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

(68)

Результирующий коэффициент запаса прочности:

(69)

4.4.2 Подбор подшипника

Выбираем шарикоподшипники радиальные однорядные тяжёлой серии 408.

Устанавливаем по два подшипника рядом в каждой из опор.

Р_э- эквивалентная нагрузка

(70)

V=1, коэффициент вращения кольца

К_б- коэффициент безопасности К_б=1,5

К_Т- коэффициент, учитывающий рабочую температуру подшипника К_Т=1,05

Требуемая грузоподъёмность

С_тр=Р_э•³v(60•n•L_h)/10⁶=9803•³v60•2600•10000)/10⁶=113693 Н.(71)

Где L_h-минимальная долговечность подшипника, L_h=10000 ч.

Рассчитаем номинальную долговечность подшипника в миллионах оборотов, в течение которого действуют указанные нагрузки:

(72)

Расчётная долговечность выбранного подшипника, ч

(73)

Так как расчётная долговечность больше требуемой (14071>10000), то подшипник пригоден.

4.4.3 Проверка прочности шпоночных соединений

Производят проверочный расчет на смятие.

Приведем проверку прочности соединения, передающего вращающий момент от шкива к валу ножа.

Диаметр вала в этом месте мм. Сечение и длина шпонки мм, глубина паза мм. Момент Т₂ = 90,2 * 10³ Н * мм.

Напряжения смятия

МПаМПа (74)

Условие прочности выполняется.

5. Порядок установки куттера

Куттер поставляется заводом изготовителем упакованный в двух деревянных ящиках.

Установку машины производят по уровню и закрепляют фундаментными болтами. Сборку снятых при транспортировке сборочных единиц производить согласно общего вида изделия. (рис1)

Дозатор воды устанавливается вблизи машины в удобном для эксплуатации месте. Монтаж производится в соответствии со схемой электрической принципиальной и схемой электрической соединений.

Помещение, где устанавливается машина, должно быть оборудовано силовым электрическим приводом, распределительным щитом и заземляющим контуром.

Станину машины и дозатор воды заземляют от имеющегося контура согласно ПУЭ.

После установки и монтажа машина подключается к сети согласно действующим правилам и нормам эксплуатации электросиловых установок данной мощности.

Машина поставляется с внутренними соединениями, рассчитанными на включение в сети 380/220В.

Подготовка к работе.

Подготовку машины при первоначальном её пуске производить в следующем порядке:

проверить наличие смазки во всех смазывающих точках согласно схеме смазки.

проверить натяжение ремней привода ножевого вала, чаши, механизма загрузки.

проверить крепление ножей, зазор между внутренней поверхностью чаши и кромками ножей должен быть в пределах от 1 до 2мм.

проверить заземление машины.

проверить на холостом ходу работу электродвигателей, правильное вращение ножевого вала ( против часовой стрелки со стороны шкива), чаши (против часовой стрелки), выгружателя ( по часовой стрелке со стороны ручки при движении выгружателя вниз) и подъёмника.

Если эти вращения будут в противоположную сторону, то необходимо обесточить машину и поменять два конца на кабеле ввода в месте подсоединения к машине или сети.

проверить работу механизма блокировки защитной крышки ножей. При установке рычага-фиксатора в наклонное положение, крышка расфиксирована. Электродвигатель привода ножевого вала в этом случае должен быть обесточен.

установить и проверить крайнее верхнее и нижнее положение диска выгружателя и работу конечных выключателей.

проверить работу конечных выключателей крайних положений механизма загрузки.

проверить работу дозатора воды на выдачу доз воды и работу соленоидного клапана на перекрытие подводящей магистрали.

Порядок работы.

Куттер должен обслуживаться одним рабочим - фаршесоставителем, прошедших специальный инструктаж по правилам техники безопасности и ознакомленным с инструкцией по эксплуатации куттера.

Текущий ремонт куттера и его техническое обслуживание производится соответствующими специалистами.

Питание на машину подаётся через автомат установленный на щиту цеха.

Первым включается привод ножевого вала, затем чаши, после чего фаршесоставитель может приступать к загрузке продукта. Последовательность включения механизмов предусмотрена соответствующими блокировками в электросистеме куттера.

Загрузку продукта в чашу следует проводить равномерно при вращении чаши и ножевого вала на первой скорости. Переход на вторую скорость выполняется по истечении 0,5-1мин.

Во избежание поломки серповидных ножей измельчаемый продукт не должен содержать кусочков костей и посторонних предметов.

Продолжительность измельчения продукта, необходимые дозы воды и специй устанавливаются технологическим процессом, действующем на мясоперерабатывающих предприятиях.

После измельчения продукта производится выгрузка без отключения вращения ножей и чаши.

Потребляемая мощность находится в прямой зависимости от массы загрузки, количества измельчаемого продукта, степени заточки ножей, а также от того добавляется вода или нет. Измельчение массы без добавления воды вызывает увеличение потребляемой мощности на 30-40%. В связи с этим жидкие компоненты фарша ( вода, обрат и т.д.) необходимо подавать в чашу перед очередной загрузкой мяса или крахмала.

В связи с этим подбор рационального коэффициента загрузки чаши (но не более 0,6), а также необходимых режимов, решается технологией изготовления фарша.

После окончания рабочей смены все части машины, находящиеся в непосредственном контакте с фаршем, тщательно очищаются и промываются горячей водой. При этом необходимо следить, чтобы вода не попала на электроаппаратуру. Вода из чаши выпускается через отверстие закрывающееся специальной пробкой.

6. Сведения о монтаже и ремонте оборудования

Характерные неисправности и методы их устранения

Наименование неисправности, внешнее проявление и дополнительные признаки.

Вероятная причина

Метод устранения

При включении кнопки КнП1 сигнальная лампа не загорается.

1. Нет напряжения в питающей цепи;

2. Перегорела сигнальная лампа.

1. Устранить дефекты в питающей цепи;

2. Заменить сигнальную лампу.

...