Проектирование и расчет шнекового смесителя

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Факультет пищевых машин и автоматов

Кафедра машин и аппаратов пищевых производств

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Тема: «Проектирование и расчет шнекового смесителя»

Выполнил:

студент 2 курса

заочного отделения

направление 151000с

Хребтак А.Н.

Воронеж - 2015



Проектирование и расчет шнекового смесителя

Цель: научиться выбирать и рассчитывать геометрические и кинематические параметры трехшнекового пропорционального смесителя.

Производительность трехшнекового пропорционального смесителя Q = 550 кг/ч. Дозирование осуществляется шнековыми дозаторами, а смешивание производится в процессе транспортирования продукта.

По заданию (приложение 1) смесь может состоять из:

хлебопекарной муки первого сорта с содержанием клейковины - А, % и насыпной плотностью с1 = 600 кг/м3 и хлебопекарной муки второго сорта с содержанием клейковины - С, % и насыпной плотностью с2 = 650 кг/м3.

Содержание клейковины в смеси должно быть - В, %.

Содержание клейковины в смеси должно быть - В, %.

Для смешивания исходных компонентов применяем трехшнековый пропорциональный смеситель, схема которого представлена на рис. 1.

Работает данный мукосмеситель следующим образом. Мука разных сортов засыпается в отделы мучного закрома 1. Оттуда дозирующими шнеками 4 подается в сборный смесительный шнек 3, где происходит непосредственно смешивание компонентов. Вращение дозирующих шнеков 4 осуществляется от шнека смесителя 3 через цепную передачу 8 на распределительный вал 5, затем цевочными дисками 7 вращение передается на скоростные диски 6, которые приводят во вращение дозирующие шнеки 4. Изменение вращения дозирующего шнека 4 осуществляется путем перемещения цевочного диска 7 вдоль оси распределительного вала 5 и соответственно изменением зацепления цевочного диска 7 с другим рядом отверстий, расположенных концентрически относительно оси вращения на скоростном диске 6.



Рис. 1. Схема пропорционального мукосмесителя:

1 - закром для засыпки муки; 2 - перегородки; 3 - сборный смесительный шнек; 4 - дозирующие шнеки; 5 - распределительный вал; 6 - скоростные диски; 7 - цевочные диски; 8 - цепная передача

Определяем количество компонентов, необходимых для смеси. Расчет производим методом обратных пропорций или методом среднего арифметического по формулам (1), зная, что А = 32 > В = 28 > С = 22 .

;

где А и С - показатели качества двух имеющихся партий продуктов;

В - желаемый показатель качества смеси;

Х - масса продукта партии С (кг) на один кг продукта партии А.

= * 100 = 67 %.

Определяем массу QA, кг/ч муки партии А и массу муки QС муки партии С.



где Qj - масса составных частей продуктов в смеси, ХА=100%.

= = = 329,34 кг/ч;

= = = 220,66 кг/ч.

Объемную плотность смеси сс, кг/м3 определяем по формуле (3), зная плотность и массу отдельных компонентов:

,

сс = = 620,06 кг/м3

Определим диаметр D и шаг S смесительного шнека из формулы:

,

где ш - коэффициент заполнения шнека (ш = 0,3…0,4);

D -наружний диаметр шнека, м;

S - шаг шнека, м; n - частота вращения шнека, мин-1; n = 40 мин-1;

сс - объемная плотность смеси, кг/м3;

k - коэффициент зависящий от рода груза:

для легкосыпучих грузов k = 0,75…1,0 = 0;

для крупнокусковых грузов k = 0,5…0,6;

с - коэффициент учитывающий угол наклона шнека с =1.

Для легкосыпучих продуктов принимаем S = D.

Отсюда диаметр шнека равен:



Отсюда диаметр шнека равен:

D =

Принимаем диаметр шнека D = 0,125 м = 125 мм, диаметр вала шнека d =0,05 м = 50 мм, шаг шнека S = D = 0,125 м = 125 мм.

Максимальную частоту вращения шнека nmax (мин -1) определяем по формуле (6):

,

АВ = 65 - коэффициент, который выбирают в зависимости от транспортируемого груза.

мин-1

Условия n = 40 < nmax =185 выполнены, следовательно, геометрические и кинематические параметры смесительного шнека выбраны правильно.

Задаваясь конструктивно размерами подающих (дозирующих) шнеков (диаметр шнека Dп = 0,125 м; диаметр вала dп = 0,05 м; шаг винта шнека, Sп = Dп, проектируют конструкцию таким образом, чтобы подающие шнеки имели три разные частоты вращения, определяемые по следующим формулам:

максимальную

,

минимальную

,

и промежуточную

,

где Qmax, - максимальная заданная производительность дозирующего шнека, кг/с (Qmax =0,75Q);

Qmax =0,75*550=412,5 кг/ч = 0,115 кг/с

Qmin - минимальная заданная производительность дозирующего шнека, кг/с

(Qmin =0,25Q);

Qmin =0,25*550=137,5 кг/ч = 0,038 кг/с

ш - коэффициент заполнения шнека (ш = 0,9…0,95).

Частота вращения распределительного вала nр = nmax.

Максимальная частота вращения дозирующего шнека:

мин-1



Минимальная частота вращения дозирующего шнека:

мин-1

Промежуточная частота вращения дозирующего шнека:

мин-1

Частоту вращения распределительного вала принимаем

nр=nmax=0,0904 с-1.

Для скоростного диска, имеющего три ряда концентрически

расположенных отверстий, определяем число отверстий в каждом ряду, пропорционально частотам вращения дозирующих шнеков. В первом ряду конструктивно принимаем число отверстий z1 = 10, во втором ряду число отверстий:

z2 = (nmax·(nmin / nср))/nmin·z1 = (0,0904·(0,0276/0,059))/0,0276·10 = 15.

Принимаем z2 =15.

В третьем ряду число отверстий:

z3 = (nmax/nmin)·z1 =0,0904/0,0276 ·10 = 33.

Число зубьев цевочных звездочек принимаем zцев = z1 =10.

Рассчитывается коэффициент использования производительности мукосмесителя по формуле:

,

где n1=nmax, n2=nmin - частота вращения подающих шнеков в каждом варианте с-1;

k - число подающих шнеков;

Так как смешиваются два компонента, то число подающих шнеков k = 2.

nmax - максимальная частота подающего шнека, с-1.

a = = 65,27%.

Проверяем правильность дозирования компонентов А и С, входящих в смесь, в каждом варианте (%), по формуле (11), частота вращения шнека, перемещающего компонент А, равна nA = n1, частота вращения шнека, перемещающего компонент C, равна nс = n2.

,

CA = * 100= 76,61%;

СС= = 23,39%.

Выбираем конструкцию мучного закрома. Мучной закром состоит из трех одинаковых секций. Схема секции, которая представлена на рис.2, состоит из трех элементов: в нижней части половина диаметра желоба шнека, в средней части перевернутая трапеция с углом наклона стороны больше угла естественного откоса б = 60є > цо, в верхней части прямоугольник со стороной в основании В, м, принятой по заданию. Высоту прямоугольника принимаем по заданию Н, м.

Массу муки в одной секции закрома принимаем конструктивно равной m, кг. Коэффициент заполнения секции закрома мукой принимаем ш1 = 0,8, насыпную плотность муки выбираем меньшую с1, кг/м3. Тогда объем V, м3 секции закрома определяем из выражения:

Рис. 2.2. Схема секции мучного закрома

V = = 0,125 м3.

Площадь сечения секции закрома F (м2) соответственно состоит из трех площадей: площади желоба F1; площади перевернутой трапеции F2; площади прямоугольника F3 и определяется из выражения:

F = +

Длину секции закрома L (м) определяем из выражения:

L =

Принимаем длину секции закрома L = 0,8 м.



Мощность, потребную для привода смесительного шнека N1 (кВт), определяем по формуле:

,

где Qmax - максимальная производительность мукосмесителя, кг/с;

Lс - длина смесительного шнека, м (Lc = 2,2…2,5 м);

щ - коэффициент сопротивления движению (щ = 4…5);

kз - коэффициент запаса мощности (kз = 1,2…1,25).

N1=

Мощность, потребную для привода подающих (дозирующих) шнеков N2 (кВт), определяем по формуле (16), угол наклона подающих шнеков к горизонту (в = 8°). Длину подающего шнека Lп (м) определяем, прибавив до целого числа конструктивно величину дозирующего канала = 0,09 м:

где L = 0,9 м.

Lп =

Принимаем длину подающего шнека Lп = 1,0 м.

N2 = .



Мощность, потребную для привода мукосмесителя N (кВт), определяем по формуле

где k = 3 - число шнеков.

N = 0,018 + 0,006 * 3 = 0,036 кВт.

Для обеспечения вращения смесительного шнека с частотой n=40 мин-1 (Ґшс =4,19 с -1) и вращения дозирующих шнеков с частотами
n1 =5,424 мин -1 (Ґш1 = 0,0904 с -1), n2 = 1,656 мин-1 (Ґш2 =0,0276 с -1), n3 =3,54 мин -1

(Ґш3=0,059 с-1)разработаем кинематическую схему привода шнекового смесителя. Кинематическая схема представлена на рис. 3.

Рис. 3. Кинематическая схема шнекового смесителя:

1 -смесительный шнек; 2 - цепная передача; 3 - редуктор;

4 - муфта;5 - электродвигатель; 6 - дозировочные шнеки; 7 - цевочная передача; 8 - цепная передача; 9 - распределительный вал.

Крутящий момент от электродвигателя через муфту передается на быстроходный вал редуктора, с тихоходного вала редуктора через цепную передачу крутящий момент передается на вал смесительного шнека, с которого также цепной передачей передается на распределительный вал, далее при помощи цевочных передач крутящий момент передается на дозирующие шнеки.

КПД привода определяем по формуле (19),принимая значения КПД элементов привода. КПД редуктора зред = 0,7…0,9, КПД цепной передачи зц = 0,92…0,97, КПД цевочной передачи зцев = 0,87…0,93, тогда:

Ґз = 0,8 ? 0,952 ? 0,93 = 0,53

Мощность электродвигателя определяется по формуле

?

По приложению 2 подбирается электродвигатель и записывается его техническая характеристика. Применяем электродвигатель 4АА63А6У3

ГОСТ 19523-74 с частотой вращения nдв =1000 мин -1 (Ґшдв =104,7 с -1), мощность N =0,18 кВт.

В качестве редуктора применяем редуктор типа Ц2У с передаточным числом iр = 12,5.

Расчетный крутящий момент Mкр (H·м) на тихоходном валу редуктора определяем по формуле:



Мкр=

Выбираем Приложению 3 редуктор Ц2У-100-12,5-21У2 ГОСТ

21426-75.

Затем выполняем кинематический расчет привода. Общее передаточное число от электродвигателя к распределительному валу определяем по формуле (22), зная частоты вращения электродвигателя, смесительного шнека и распределительного вала, соответственно nдв = 1000 мин -1, nрасп. = nmax= 5,424 мин-1 и nc = 40 мин -1.

i =

Передаточное число цепной передачи от вала смесительного шнека к распределительному валу определяем из выражения:

iц1=

Передаточное число цепной передачи от редуктора к валу смесительного шнека определяем из выражения:

iц=

Вывод

Таким образом, в результате расчета были определены основные геометрические и кинематические параметры шнекового смесителя.

Размещено на Allbest.ru