Анализ и синтез механизмов, узлов и деталей тестомесильной машины, используемой на предприятиях общественного питания и в технологических процессах производства продукции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВО "Севастопольский государственный университет"

Специальность: 260800.62 - «Технология продукции и организация общественного питания».

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Прикладная механика»

Тема: «Анализ и синтез механизмов, узлов и деталей тестомесильной машины, используемой на предприятиях общественного питания и в технологических процессах производства продукции»

Выполнила: студентка группы Тп\б-11-о Олешко А.Ю.

Руководитель:

к.т.н., доцент кафедры технической механики и машиноведения Поляков А.М.

Севастополь, 2016

Содержание

• Введение
• 1. Энерго-кинематический расчет привода
• 2. Проектирование цилиндрической зубчатой передачи
• 2.1 Исходные данные для расчета передачи
• 2.2 Расчет параметров
• 3. Расчёт и проектирование промежуточного вала редуктора
• 3.1 Силы в зацеплении
• 3.2 Расчёт вала на прочность
• 3.2.1 Расчёт на статическую прочность
• 3.2.2 Расчёт на сопротивление усталости
• 4. Расчёт подшипников
• Заключение
• Список использованной литературы

Введение

В хлебопекарной, макаронной и кондитерской промышленности на различных этапах технологического процесса широко применяются тестомесильные машины. Перемешивающее оборудование применяется при изготовлении продукции из измельченных овощей, рубленых рыбных и мясных полуфабрикатов, кондитерских изделий из различных сортов теста, взбитой десертной продукции и т.п.

Процесс перемешивания может осуществляться с различной интенсивностью, частотой воздействия рабочего органа и длительностью в зависимости от конструкции смесителя и свойств обрабатываемых компонентов. При простом перемешивании добиваются однородного состава без изменений физико-химических свойств компонентов смеси.

При замешивании происходят изменения физико-химических свойств конечного продукта. Например, в процессе замешивания теста, взаимодействие муки с водой, дрожжами, солью, сахаром и другими компонентами продукт насыщается воздухом и приобретает вид пластичного материала. При этом в различных технологических процессах получают тесто с разной вязкостью, эластичностью, плотностью и способностью к адгезии (прилипанию) частиц друг к другу.

При взбивании продукт насыщается воздухом, в результате чего образуется «пышный» материал, обладающий физико-химическими свойствами, отличными от свойств исходных продуктов. При этом объем готового продукта значительно увеличивается.

Интенсификация рабочих процессов в смесительных камерах способствует значительному сокращению процесса брожения и повышению качества готовых изделий.

Замес хлебопекарного теста заключается в смешивании сырья (муки, воды, дрожжей, соли, сахара и других компонентов) в однородную массу, придании этой массе необходимых структурно-механических свойств, насыщении ее воздухом и создания благоприятных условий для последующих технологических операций.

Тестомесильные машины в зависимости от рецептурного состава и особенностей ассортимента должны оказывать различное воздействие на тесто и последующее его созревание. От работы тестомесильных машин зависит в итоге качество готовой продукции. Конструкция тестомесильной машины во многом определяется свойствами замешиваемого сырья. Например, эластично-упругое тесто требует более интенсивного проминания, чем пластичное.

Специфика процессов тестоперемешивания рецептурных смесей и полуфабрикатов в хлебопекарном производстве обусловлена как свойствами сыпучего компонента - муки, так и жидкими компонентами, содержащими микроорганизмы (дрожжи, молочнокислые бактерии и др.) и активные ферменты.

Тестомесильные машины отличаются друг от друга:

- по степени универсализации: универсальные, многофункциональные, специализированные;

- по степени автоматизации: ручные, полуавтоматические, автоматические;

- по производительности: с низкой, средней и высокой производительностью;

- по структуре рабочего цикла: периодического и непрерывного действия;

- по расположению рабочих органов и рабочих камер: с вертикальным, наклонным и горизонтальным расположением.

Цель моей работы рассмотреть анализ и синтез деталей, узлов и механизмов тестомесильной машины периодического действия, рассчитать ее производительность.

цилиндрический редуктор прочность подшипник

1. Назначение и классификация тестомесильных машин периодического действия

Для замеса теста применяются различные типы машин, которые в зависимости от вида муки, рецептурного состава и особенностей ассортимента оказывают различное механическое воздействие на тесто. Замес не простой механический процесс, он сопровождается биохимическими и коллоидными явлениями, повышением температуры замешиваемой массы.

Тестомесильные машины в зависимости от рецептурного состава и особенностей ассортимента должны оказывать различное воздействие на тесто и последующее его созревание.

Качество работы тестомесильных машин определяют качеством готовой продукции.

Замес густой опары и теста обычно осуществляется однотипными месильными машинами; замес жидких опар, питательных смесей для жидких дрожжей - специальными смесителями. Для получения высококачественного теста замес необходимо осуществлять при оптимальной интенсивности, длительности, температуре и частоте воздействия месильной лопасти.

По роду работы тестомесильные машины делятся на машины периодического и непрерывного действия. Периодические тестомесильные машины имеют стационарные месильные емкости (дежи) и сменные (подкатные дежи). Дежи бывают неподвижными, со свободным и принудительным вращением.

По интенсивности воздействия рабочего органа на обрабатываемую массу тестомесильные машины делятся на три группы:

· обычные тихоходные - рабочий процесс не сопровождается заметным нагревом теста, удельный расход энергии 5-12 Дж/г;

· быстроходные (машины для интенсивного замеса теста) - рабочий процесс не сопровождается заметным нагревом теста на 5-7°С, на замес расходуется 20-40 Дж/г;

· супербыстроходные (суперинтенсивные) машины, замес сопровождается нагревом теста на 10-20° С и требует устройства водяного охлаждения корпуса месильной камеры либо предварительного охлаждения воды, используемой для теста, на замес расходуется 30-45 Дж/г.

Величина удельной работы здесь не имеет строго разделенного ряда, поскольку она на одной и той же машине может меняться в зависимости от длительности замеса, определяемой качеством муки.

В зависимости от расположения оси месильного органа различают машины с горизонтальной, наклонной и вертикальной осями.

По характеру движения месильного органа есть машины с круговым, вращательным, планетарным, сложным плоским и пространственным движением месильного органа.

В зависимости от механизма воздействия на процесс перемешивания различают машины с обычным механическим воздействием, вибрационным, ультразвуковым, электровихревым и др.

По виду приготавливаемых смесей разделяют машины для замеса густых опар и теста при влажности 30--52% и для приготовления жидких опар и питательных смесей при влажности 60--70 %.

По количеству конструктивно выделенных месильных камер, обеспечивающих необходимые параметры на разных стадиях замеса, различают одно-, двух- и трехкамерные тестомесильные машины.

В зависимости от системы управления тестомесильные машины бывают с ручным, полуавтоматическим и автоматическим управлением.

В последние годы в хлебопекарной промышленности чаще стали применяться быстроходные месильные машины интенсивного замеса. Цель их применения - интенсифицировать созревание теста после замеса, улучшить его качество. При таком замесе макромолекулы клейковины частично дезагрегируются, затем их структура перестраивается, что улучшает эластичность. Зерна крахмала повреждаются и становятся более податливыми для действия -амилазы, что увеличивает количество сахара; возрастает газообразование. В результате увеличивается выход хлеба, замедляется черствение.

Интенсивный замес оказывает положительное влияние на водопоглотительную способность муки, обеспечивает возможность выдерживания нормированной влажности теста из муки разного хлебопекарного достоинства и, соответственно, соблюдения установленных норм выхода изделий. В качестве показателя, характеризующего степень механической обработки теста при замесе, принято использовать величину удельной работы замеса

a=А/m

А- работа замеса, кДж;

m- масса теста в деже, кг;

А=Nj/n

N -- мощность электродвигателя тестомесильной машины, кВт;

j -- продолжительность замеса, с;

n -- КПД привода;

a=N/(nП),

П-- производительность машины, кг/с.

По величине удельной работы все тестомесильные машины можно разделить на следующие группы: для обычного замеса а =2...4 Дж/г; для усиленной механической обработки а =9...11 Дж/г; для интенсивного замеса а = 25...40Дж/г.

В качестве дополнительных характеристик используют показатель интенсивности замеса

q=N/(nm)

n -- частота вращения (качания) лопасти.

Установлено, что усиленную механическую обработку целесообразно использовать в сочетании с большими густыми опарами, а интенсивный замес -- с жидкими тестовыми полуфабрикатами.

Интенсивная механическая обработка теста при замесе позволяет сократить продолжительность брожения теста перед разделкой до 20...30 мин вместо 1,5...2,0 ч при обычном замесе. Это дает в среднем 1% экономии сухих веществ муки на брожение. Кроме того, удельный объем хлеба повышается на 15...20%, улучшаются структура пористости, цвет и эластичности мякиша.

Исследования технологической эффективности интенсивной механической обработки теста в зависимости от качества муки, наличия рецептурных добавок, различного рода улучшителей и схемы тестоприготовления показали, что степень интенсивности механической обработки должна варьировать в широких пределах в зависимости от количественных и качественных показателей клейковины муки.

Так, для теста муки со слабой клейковиной оптимальный уровень энергозатрат на замес при мерно в 3 раза меньше, чем для теста из муки с сильной клейковиной.

Машины для интенсивного замеса отличаются высокой энергоемкостью, поэтому в условиях значительного роста стоимости электроэнергии их использование целесообразно только после учета всех существующих факторов.

Эффективным методом снижения энергоемкости является двухстадийный способ приготовления теста с выдержкой между стадиями. Сначала необходима гомогенизация компонентов в скоростном смесителе путем быстрого контакта дисперсных частиц муки с дисперсионной средой жидкого полуфабриката. На стадию гомогенизации затрачивается сравнительно небольшая доля энергии.

После гомогенизации проводят механическую обработку теста -- пластификацию, обеспечивающую максимальный расход энергии на де формацию полуфабриката. Брожение между стадиями не только существенно улучшает технологические свойства теста и качество хлеба, но и вследствие интенсивного протекания биохимических и коллоидных процессов значительно снижает расход энергии на замес.

В зависимости от ассортимента, производительности, самого помещения для замеса, используют месильные машины разной конструкции.

В тестомесильных машинах периодического действия тесто замешивается отдельными порциями через определенные интервалы.

Тестомесильная машина периодического действия состоит из дежи, в которой замешивается тесто, и месильных органов, совершающих вращательное движение в деже и обеспечивающих замес. Для выгрузки теста дежа опрокидывается, поворачиваясь вокруг горизонтальной оси.

Особенностью работы тестомесильных машин периодического действия с подкатными дежами является то, что перед замесом в дежу загружают определенную порцию компонентов, дежу подкатывают и фиксируют на фундаментной площадке тестомесильной машины.

После замеса дежу с тестом помещают в камеру брожения, где происходит его созревание в течение нескольких часов. К месильной машине в это время подкатывается следующая дежа, и цикл повторяется. На одну месильную машину приходится от 5 до 12 дежей в зависимости от производительности линии.

Поскольку масса дежи с тестом достигает 300-500 кг полы тестомесильных отделений выкладывают плитками.

Перемещение дежей требует применения физического труда, поэтому в отдельных конструкциях тестоприготовительных агрегатов используются специальные конвейеры (кольцевые, цепные) для механизации перемещения дежей.

В тестомесильных машинах со стационарными дежами замешенное тесто сразу же поступает в специальные емкости для брожения.

Рис.1. Схемы тестомесильных машин периодического действия со стационарными дежами: а - машина с горизонтальными и наклонными цилиндрическими месильными валами; б - машины со спаренными Z-образными лопастями, вращающимися в разные стороны вокруг горизонтальной оси; в - машины с шарнирной Z-образной месильной лопастью; г - машины с многоугольным ротором и витком шнека на дне емкости

2. Производительность и мощность тестомесильных машин периодического действия

Производительность тестомесильной машины периодического действия рассчитывается по формуле

, , (2.1)

где - масса загружаемого в дежу продукта, кг; - продолжительность цикла обработки порции продукта, c; - коэффициент использования объёма дежи (для машин с подкатными дежами , для машин со стационарной ёмкостью ); - плотность теста (до брожения) или полуфабриката; ; - вместимость (объем) дежи, ; - время, расходуемое, соответственно, на загрузку и разгрузку продукта, а также на отмеривание, засыпку муки, налив жидких рецептурных компонентов, подкатку и откатку дежи и т.д., с; - время, расходуемое на замес теста, с.

Время, необходимое для выполнения вспомогательных операций () принимается с учетом квалификации обслуживающего персонала и других факторов, например

.

Технологическая мощность тестомесильных машин периодического действия складывается из мощности, необходимой для вращения месильного органа при замесе теста и мощности, необходимой для вращения дежи :

, (2.2)

где

;

- максимальный радиус вращения месильного органа, м; - угловая скорость вращения месильного органа, ;

;

- коэффициент трения вала дежи в опорах (); - радиус цапфы Цапфа (нем. Zapfen - цапфа, шейка, шип, втулка, стержень) - часть вала или оси, на которой находится опора (подшипник). Цапфа, находящаяся на краю вала, называется шип, в средней части вала -- шейка. Концевая цапфа, воспринимающая осевые нагрузки, - пята. вала дежи, м; - угловая скорость вращения дежи, ; - масса дежи, кг.

Средняя мощность, потребляемая электродвигателем тестомесильной машины периодического действия,

, , (2.3)

где А - удельная работа замеса теста (для муки «слабой» - А=(15...25)10³ , средней по «силе» - А=(25...40)10³ и «сильной» - А=(40…50)10³ ); - коэффициенты полезного действия электродвигателя и приводного механизма, соответственно (, определяется в зависимости от варианта кинематической схемы механизма).

Технологическую мощность тестомесильных машин периодического действия можно также рассчитывать по формуле:

, , (2.4)

где - мощность, необходимая для подъёма теста месильным рычагом ( - ускорение свободного падения); - мощность, необходимая для преодоления сил сцепления продукта со стенками дежи;

,

- площадь стенок дежи, на которых лопастью преодолеваются силы сцепления теста со стенками; - длина образующей конуса дежи, м; , м - диаметры большого и малого оснований усеченного конуса дежи; - удельная сила сцепления продукта со стенками дежи;

- мощность, необходимая для вращения дежи при замесе теста.

3. Анализ и синтез механизмов, узлов и деталей тестомесильной машины

3.1 Исходные данные

- конструкция тестомесильной машины (рисунок 1)

Рисунок 2 - Кинематическая схема тестомеса периодического действия: 1 - электродвигатель; 2 - клиноременная передача; 3 - ведущий шкив; 4 ведомый шкив; 5 - подшипники вала солнечного колеса; 6 - подшипники вала сателлитов; 7,8 - сателлиты; 9 - водило; 10 - рабочий орган (месильный рычаг); 11 - солнечное колесо; 12 - неподвижное зубчатое колесо; 13 - подшипники водила

- мощность электродвигателя - кВт;

- передаточное число ремней передачи - ;

- репродуктор планетарный;

- проектируемый вал репродуктора: вал солнечного колеса.

По заданной проектной мощности из каталога выбираем электродвигатель АИР100L6

3.2 Энерго-кинематический расчет привода

По заданной проектной мощности из каталога выбираем электродвигатель АИР 100 L6 мощностью 2.2 кВт с номинальной частотой вращения ; способ монтажа - фланцевый. Коэффициент полезного действия - 81,5 %, коэффициент мощности - 0,74.

Коэффициенты полезного действия элементов привода:

- - КПД ременной передачи;

- - КПД цилиндрической зубчатой передачи;

- - КПД пары подшипников качения

Общий коэффициент полезного действия привода:

Мощность на валу рабочего органа :

кВт

Мощность на валу водила:

кВт

Мощность на входном валу:

кВт

 Общее передаточное число привода:

Передаточное число планетарного механизма

Угловая скорость быстроходного вала конической передачи:

; ().

Угловая скорость тихоходного вала конической передачи:

; ().

Угловая скорость сателлита планетарной передачи (рабочего органа - взбивателя):

; ().

Крутящий момент на валу колеса:

Результаты ЭКР сведем в таблицу

Таблица - Энерго-кинематические параметры привода

№ вала	Мощность, Р, кВт	Крутящий момент, Т, Нм	Частота вращения, n,	Угловая скорость,
1 б/х	2.2	22.36	940.0	98.386
2 т/х	2.082	42.36	469.996	49.143
3 р/о	2	152.86	800.00	83.718

3.3 Проектирование цилиндрической зубчатой передачи планетарной ступени

Крутящий момент на валу колеса:

Частота вращения вала колеса при условно остановленном водиле:

.

Исходные данные для расчета передачи

№ п/п	Наименование	Обозначение	величина	размерность
1	Крутящий момент на валу колеса	Т2	152.86	Нм
2	Частота вращения вала колеса	n2	64
3	Передаточное число (ГОСТ 12289-76)	u	12.5	--
4	Срок службы передачи	Lh	5000	час.
5	Режим работы	Постоянный ()

В данном примере для зубчатых колес могут быть выбраны такие же материалы, как и при проектировании конической зубчатой передачи. При этом допускаемые напряжения при расчете на контактную выносливость зубьев также рассчитываются как для конической зубчатой передачи. Выполнив пункты 1-9 таблицы расчета параметров будем иметь:

.

Учитывая, что рабочая ширина венца колеса и межосевое расстояние передачи неизвестны, пользуясь рекомендациями, приведенными в таблице 5.9, примем: .

Шестерня.

Материал - Сталь 40Х. Термическая обработка - улучшение и закалка ТВЧ.

Предельные размеры заготовки: D_пр = 125 мм, S_пр = 80 мм.

Твердость зубьев: в сердцевине до H_HB=302 HB, на поверхности до H_HRCэ=50 HRCэ.

Предел текучести: у_т = 750 МПа.

Колесо.

Материал - Сталь 40Х. Термическая обработка - улучшение.

Предельные размеры заготовки: D_пр = 200 мм, S_пр = 125 мм.

Твердость зубьев: в сердцевине до H_HB=262 HB, на поверхности до H_HB= 262 HB.

Предел текучести: у_т = 640 МПа.

Расчет параметров цилиндрической зубчатой передачи

Коэффициент ширины по диаметру:

Согласно данных таблицы 5.10 (1.44<1.6)

Коэффициент , учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине контактных линий

По таблице 5.6 для схемы 6 (симметричное расположение относительно опор одноступенчатой передачи) примем: . Если не учитывать приработку зубьев, то

Расчетное значение межосевого расстояния (для прямозубой передачи внутреннего зацепления):

Принятое значение межосевого расстояния по ГОСТ 2185-66 :

Рабочая ширина венца:jhuy

Принятое (значение из ряда R_a40 по ГОСТ 6636-69):

Интервал рекомендуемых значений модуля зацепления из условий:

- при Н Ј 350НВ m = (0,01...0,02) a_w;

- при Н₁ > 45НRС и Н₂ Ј 350 НВ m = (0,0125...0,025) a_w;

- при Н > 45НRС m = (0,016...0,0315) a_w.

Принятое значение модуля зацепления по ГОСТ 9563-60 :

Принятое число зубьев шестерни (сателлита) из условия отсутствия подрезания зубьев :

зубьев

Число зубьев колеса:

зубьев

Окружная скорость:

По таблице 5.5 назначаем 8-ю степень точности передачи ().

Коэффициент, учитывающий приработку зубьев (таб:

Уточненное значение коэффициента :

Начальное значение коэффициента , учитывающего неравномерность распределения нагрузки между зубьями:

Для прямозубых передач степени точности n_ст при условии

Коэффициент , учитывающий неравномерность распределения нагрузки между зубьями:

Коэффициент динамической нагрузки К_H при расчете на контактную выносливость (см. табл. 5.14):

Коэффициент нагрузки K_H, при расчете на контактную выносливость:

Расчетное значение контактного напряжения (для прямозубой передачи внутреннего зацепления):

Мпа

Условие контактной выносливости выполняется, так как

(543.1<559).

Коэффициент , учитывающий неравномерность распределения напряжений у основания зубьев по ширине зубчатого венца:

Коэффициент , учитывающий влияние погрешностей изготовления шестерни и колеса на распределение нагрузки между зубьями (определяется так же, как и при расчетах на контактную выносливость):

Коэффициент , учитывающий внутреннюю динамику нагружения, связанную прежде всего с ошибками шагов зацепления шестерни и колеса :

Коэффициент нагрузки при расчете зубьев на изгибную выносливость:

Коэффициент формы зуба прямозубого колеса:

Расчетные напряжения изгиба:

Условие изгибной выносливости выполняется, так как (67.96<269.7).

Диаметр делительной окружности:

- шестерни (сателлита):

- колеса:

Диаметр окружности вершин зубьев:

- шестерни:

- колеса:

Диаметр окружности впадин зубьев:

- шестерни:

- колеса:

Расчетная ширина шестерни:

Принятая ширина шестерни (значение b_1р, округленное до ближайшего числа из ряда R_a40 по ГОСТ 6636-69):

Окружное усилие (тангенциальная сила):

Радиальное усилие (, прямозубая передача):



Осевое усилие (прямозубая передача):

4. Конструирование и проверочные расчеты вала

Рисунок 3.1 - Эскиз вала

Рисунок 3.2 - Пространственная расчетная схема вала

Рисунок 3.3 - Расчетные схемы вала в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях и внутренние изгибающие моменты в поперечных сечениях вала

Реакции в опорах вала определим из условий равновесия, учитывая, что:

1)Плоскость х-у:

2) Плоскость z-y:

H

Внутренний изгибающий момент в опасном поперечном сечении вала (в плоскости z-y)

4.1 Расчет на статическую прочность

Момент сопротивления W при изгибе

Момент сопротивления W к при кручении

Площадь А:

Суммарный изгибающий момент:

Осевая сила:

0= 0

Крутящий момент:

Нормальное напряжение в рассматриваемом сечении вала при действии максимальных нагрузок:

Касательное напряжение в рассматриваемом сечении вала при действии максимальных нагрузок:

Частные коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:

Общий коэффициент запаса прочности по пределу текучести при совместном действии нормальных и касательных напряжений:

4.2 Расчет на сопротивление усталости

4.3 Расчет подшипников качения

Динамическая грузоподъемность:

Приведенная нагрузка:

Долговечность:

Список используемых источников

1. Анурьев В. И. Справочник конструктора - машиностроителя. В 3-х томах. Т.1. - 6е изд., перераб и доп./В.И. Анульев. - М.: Машиностроение, 1982. - 736 с.: ил.

2. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин: Учеб. пособие для техн. спец. вузов. - 6-е изд., исп./П. Ф. Дунаев, О.П. Леликов. - М.: Высш. шк., 2000. - 447 с.: ил.

3. Прейс В.В. Проектирование машин и аппаратов пищевых и перерабатывающих производств. Учебное пособие. Тула: Изд-во ТулГУ 2005.-156 с.

Учебники. Продукты питания.

http://sinref.ru/000_uchebniki/04200produkti/produkti.htm

Размещено на Allbest.ru

...