Машина для изрезывания свеклы

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ ИМЕНИ К.Г.РАЗУМОВСКОГО

Кафедра Машины, аппараты и процессы пищевых производств

Курсовой проект

по дисциплине «Технологическое оборудование сахарного производства»

Тема Машина для изрезывания свеклы

Спецзадание Принять к разработке центробежную свеклорезку производительностью 1700 т/сут для завода мощностью 9000 т/сут

Выполнил

Сенина Т.А.

Москва 2015

Содержание

Введение

1. Обзор литературы по теме курсового проекта

1.1 Технико - экономическое обоснование

2. Описание разрабатываемой машины для изрезывания свеклы

2.1 Назначение машины

2.2 Устройство машины

3. Расчетная часть

3.1 Технологический расчет

3.2 Конструктивный расчет

3.3 Энергетический расчет

3.4 Кинематический расчет

Заключение

Список литературы

Введение

Одним из важнейших пищевых продуктов является сахар. Развитие сахарной отрасли стоит на одном из первых мест пищевой промышленности. В настоящее время в мире насчитывается свыше 1600 тростниково-сахарных и около 1000 свеклосахарных заводов, из которых около 800 находятся в Европе.

При этом 112 стран имеют собственную сахарную промышленность, в 30 из которых в качестве сырья используется свекла, а в 70 - только сахарный тростник. Климатические условия десяти стран позволяют получать сахар, как из сахарной свеклы, так и из сахарного тростника.

Свеклосахарный комплекс России является высокоиндустриальным и энергоемким производством и занимает важное место в структуре АПК. Предприятия сахарной промышленности размещены в 24 регионах страны.

Посевы за последние годы занимают около 1% от площади всех сельскохозяйственных культур и составляют 0,8 - 1,0 млн.га.

В России основным сырьем для производства сахара всегда была сахарная свекла. Она является одной из основных технических культур, имеющих важное экономическое значение.

Перерабатывающая база свеклосахарной промышленности России располагает 76 действующими сахарными заводами производственной мощностью около 284 тыс. т переработки свеклы в сутки. Производственные мощности сахарных заводов могут обеспечивать в настоящее время переработку 26-27 млн. т сахарной свеклы в оптимальные сроки.

Современный свеклосахарный завод представляет собой крупное, хорошо оснащенное прогрессивным технологическим оборудованием с использованием последних достижений в области автоматизации и компьютерной технологии предприятие. В сутки отечественный сахарный завод средней мощности перерабатывает около 3 тыс. т свеклы или 400 - 500 т сахара-сырца, но имеется также девять заводов производительностью 5-6 тыс. т переработки свеклы в сутки.

Свеклосахарные заводы России работают сезонно. Обычно они приступают к переработке сахарной свеклы с сентября и заканчивают в декабре. Для нормальной работы сахарного завода первостепенное значение имеет наличие достаточного количества сырья.

Свеклосахарное производство условно можно подразделить на пять основных отделений.

Первое - свеклоподготовительное, предназначенное для подачи сахарной свеклы в завод с отделением легких и тяжелых примесей и отмыванием от корнеплодов земли.

Вторым отделением является свеклоперерабатывающее - для подготовки свеклы к обессахариванию, путем ее изрезания в стружку, подготовки питательной воды для диффузии и непосредственное осуществление процесса диффузии.

Третье отделение - сокоочистительное, в котором очищают диффузионный сок от несахаров в процессе подщелачивания и сатурирования сатурационным газом, фильтрования и сульфитации.

Предпоследнее отделение - сокосгустительное, предназначенное для выпаривания из сока воды до состояния сиропа на выпарной установке с последующей сульфитацией и фильтрованием.

Продуктовое - отдел,где обеспечиваются условия образования кристаллов сахара с разделением и промывкой их в поле действия центробежных сил, сушкой и упаковкой готовой продукции.

Все эти отделения тесно увязаны между собой и от работы каждого их них зависит выход готовой продукции и ее качественные показатели.

В данной курсовой работе рассматривается отделение свеклопереработки с участком измельчения и изрезывания сахарной свеклы при помощи типовой центробежной свеклорезки СЦБ-16М.

1. Обзор литературы по теме курсового проекта

Машины для изрезывания свеклы предназначены для получения стружки из свекловичного корня при помощи диффузионных ножей. Оборудование для изрезывания сахарной свеклы исходя из конфигурации узла с режущими устройствами, классифицируется следующим образом:

- свеклорезки с неподвижными режущими устройствами (центробежные);

- свеклорезки с подвижными режущими устройствами (дисковые и барабанные).

Принцип действия их основан на относительном движении свеклы и ножей, которое осуществляется различными путями.

В дисковых резках движутся ножи, закрепленные на вращающемся диске, а свекла неподвижна. В центробежных - ножи закреплены неподвижно на стенках вертикального цилиндра, свекла же движется по внутренней поверхности цилиндра, прижимаясь к ножам центробежной силой. В барабанные свеклорезках ножи закреплены на стенках горизонтального вращающегося барабана, свекла находится внутри барабана и удерживается от вращения специальными приспособлениями. Ко всем типам свеклорезок предъявляют одинаковые требования: высокая производительность; хорошее качество свекловичной стружки; простота и удобство обслуживания и ремонта; надежность и экономичность.

Дисковые свеклорезки

В дисковых свеклорезках ножи с рамами устанавливаются в вырезах горизонтально вращающегося диска; свекла находится в неподвижной состоянии и прижимается к ножам под действием собственной массы и с помощью специальных прижимов.

В настоящее время используются дисковые свеклорезки с верхним и нижним приводом.

Дисковая свеклорезка с верхним приводом (рисунок 1.1) состоит из: корпуса 21; диска 10 с ножевыми рамами 12 (от 16 до 28 штук) и ножами; бункера для свеклы 22; привода 7, 11; устройства 17 для предохранения ножей от тяжелых примесей; прижимов 9.

Принцип действия. Свекла из автоматических весов поступает в бункер, а затем в прижимы, которые предназначены для постоянной подачи свеклы на диск с ножами под давлением, способствующем получению стружки одинаковой толщины. Высота слоя свеклы в бункере - 1,5 2 м. Для предупреждения вращения свеклы вместе с диском в самом низком месте канала устанавливают контрножи, которые также задерживают попавшие в свеклорезку посторонние примеси.

Далее свекла на диске изрезывается ножами в свекловичную стружку, которая выводится из свеклорезки и поступает на дальнейшую переработку. Средняя скорость изрезывания свеклы - V 8 м/с; частота вращения диска -

n = 43 66 мин-1.

Рисунок 1.1. Дисковая свеклорезка с верхним приводом

Таблица 1.1 - Техническая характеристика дисковой свеклорезки с верхним приводом

Число рам	26
Диаметр диска, мм	2200
Частота вращения диска, мин-1	43-66
Передаточное отношение углового редуктора	22,166
Электродвигатель привода
Мощность, кВт	35
Частота вращения вала, мин-1	1500
Электродвигатель для вращения диска при замене рам
Мощность, кВт	1,5
Частота вращения вала, мин-1	1500

Барабанные свеклорезки

Особенностью конструкции барабанных свеклорезок является наличие вращающегося барабана с ножами и неподвижной улитки.

В неподвижном кожухе 4 свеклорезки типа А2-ПРА-12 (рисунок 1.2) на горизонтальном валу 5 вращается барабан 9. Барабан имеет двенадцать окон, в которые вставлены ножевые рамы 10 с шестью ножами каждая. На станине 2 укреплена улитка 8 предназначенная для предотвращения вращения свеклы. Быстроизнашивающиеся поверхности улитки, барабана и ножевых рам выполнены в виде сменных деталей из легированной стали. Для улавливания посторонних примесей улитка снабжена карманом-ловушкой 11.

Свекла подается внутрь барабана шнеком 13, установленным в приемном бункере 12. Приемный бункер закрывается шибером 1. Привод свеклорезки осуществляется от электродвигателя постоянного тока 7 через редуктор 6.

При открытом шибере 7 свекла через приемный бункер и вращающийся шнек 13 поступает в барабан и заполняет его нижнюю половину. При вращении барабана свекла удерживается неподвижной возле ножей за счет клинового прижима улитки и изрезается ножами, полученная стружка через проемы ножевых рам 10 попадает в пространство между барабаном и кожухом, а затем через горловину в опорной плите выводится из свеклорезки.

Рисунок 1.2 Свеклорезка барабанная типа А2-ПРА-12

Скорости вращения шнека и барабана свеклорезки синхронизированы механической передачей, за счет чего в свеклорезку поступает требуемое количество свеклы в соответствии с ее производительностью. Производительность регулируется изменением частоты вращения привода.

Технические характеристики приведены в таблице 1.

Таблица 1.2- Техническая характеристика барабанных свеклорезок

Показатель	А2-ПРА-12
Производительность, т/сут	2000
Скорость резания, м/с	4--8
Количество ножевых рам, шт.	12
Установленная мощность электро привода, кВт	75
Частота вращения электропривода номинальная, с-1	16,7
Габаритные размеры, мм:	4720
Длина
Ширина	1880
Высота	1755
Масса, кг	7600

Центробежные свеклорезки

На большинстве отечественных свеклосахарных заводах установлены центробежные свеклорезки. В России используют центробежные свеклорезки трех типов: СЦБ-12 -- 12-рамная с нерегулируемым приютом, СЦБ-12А -- 12-рамная с регулируемым приводом и СЦБ-16М -- 16-рамная с регулируемой частотой вращения ротора; свеклорезка с гидравлическим подъемом улитки (ВНИЭКИпродмаш) и свеклорезка с коническим корпусом (Специалистами НПО "Сахар" (Смелянское СКБ) создана центробежная свеклорезка с коническим корпусом, который предназначен для сохранения величины усилия прижатия свеклы к режущей кромке ножей по высоте корпуса свеклорезки. В этой свеклорезке перемещение корнеплодов вдоль режущей кромки ножей не происходит).

Центробежная свеклорезка с гидравлическим подъемом улитки

В конструкции центробежной свеклорезки с гидравлическим подъемом улитки последняя поднимается или опускается, таким образом регулируется производительность свеклорезки при оптимальной скорости резания свеклы.

Улитка 6 жестко соединена со шлицевой втулкой 4, которая закреплена на толкателе при помощи фланца 3 и гайки. Во избежание попадания посторонних примесей соединение плотно закрыто обтекателем 1. Hа верхней конической части ведомого пустотелого вала жестко закреплена шлицевая муфта 5. Таким образом улитка вместе со шлицевой втулкой при помощи толкателя может перемещаться вдоль шлицевой муфты ведомого вала.

Толкатель перемещаясь вверх и вниз при помощи гидравлического механизма подъема 14, перемещает и улитку, которая перекрывает или открывает доступ свеклы к режущей кромке ножей.

Рисунок 1.3 Центробежная свеклорезка с гидравлическим подъемом улитки:

1 - обтекатель; 2-толкатель; 3 - фланец; 4 - шлицевая втулка; 5 - шлицевая муфта; 6 - улитка; 7 - опора; 8 - корпус; 9 - вал пустотелый; 10 - колонка дистанционного управления; 11 - серводвигатель РМ; 12 - золотниковое устройство 13- кожух нижний; 14- гидравлический механизм подъема; 15- маслоспускная трубка; 16 - картер для масла; 7, 20 - конические шестерни; 18 - редуктор; 19 - стакан; 21 - корпус редуктора; 22 - масляные трубки; 23 - глухая рама; 24 - верхний кожух; 25 - горловина; 26 - лебедка; 27- шибер; 28 - пневмоцилиндр; 29 - электродвигатель; 30 - опора; 31 - подвижная часть; 32 - полость; 33 -- станина; 34 -- стяжной болт; 35 -- неподвижная часть; 36 -- цилиндр.

Гидравлический механизм подъема состоит из неподвижной части 35, скрепленной стяжным болтом" 34 со станиной 33, и подвижной части 31, в которой установлена вращающаяся опора 30 толкателя улитки. Из узлов свеклорезки наибольший интерес представляют -- корпус, улитка и режущие устройства.

Центробежная свеклорезка СЦБ - 16М

Свеклорезная машина СЦБ-16М это типовая центробежная свеклорезка. Она состоит из: цилиндрического корпуса 2; трехлопастной улитки 3; привода (электродвигатель 23, редуктор 24, конический редуктор 6); верхнего 20 и нижнего 12 кожухов; загрузочного бункера 1; ножевых рам 21 с ножами; лебедки для замены ножей 22 без остановки машины и пальчатого шибера 25. дисковый свеклорезка привод электродвигатель

Рисунок 1.4 Центробежная свеклорезка СЦБ-16М

Работа. Сахарная свекла поступает в свеклорезку через загрузочный бункер. В корпусе она увлекается вращающейся улиткой (n = 71,5 113,5 мин-1) и под действием центробежной силы, прижимаясь к режущей кромке ножей, постепенно изрезывается в свекловичную стружку. Стружка через проемы ножевых рам поступает в пространство между корпусом свеклорезки и кожухом, а затем через отверстие нижнего кожуха подается на дальнейшую переработку.

Технические характеристики приведены в таблице 1.4

Таблица 1.4 - Технические характеристики свеклорезки СЦБ-16М

Показатель	СЦБ-16М
Число ножевых рам	16
Диаметр корпуса, мм	1600
Производительность при пятимилиметровых ножах, т/сут:
пластинчатая стружка	1500
желобчатая стружка	2100
Скорость резания свеклы, м/с	9,5
Частота вращения улитки, мин-1	71,5..113
Мощность электродвигателя привода. кВт	100
Габаритые размеры, мм
Длина	5650
Ширина	2440
Высота	3000
Масса, кг	11 400

В свеклорезках применяются различные формы ножей: фрезерованные Чижека; штампованные Голера; кенигсфельдские и плоские. Производительность свеклорезки: по пластинчатой стружке - 1500 т/сут; желобчатой стружке - 2100 т/сут.

1.1 Технико - экономическое обоснование

На большинстве отечественных свеклосахарных заводах установлены центробежные свеклорезки СЦБ-16М, обладающие рядом преимуществ по сравнению с другими машинами данного назначения (барабанные, дисковые).

В них можно, не останавливая работу, контролировать качество стружки после каждого ножа, заменять износившиеся и поврежденные ножи, изменять подъем ножей и профиль стружки, частоту вращения ротора и число ножей для превращения корнеплодов свеклы в стружку.

На центробежных свеклорезках при нормальных условиях эксплуатации получают стружку наилучшего качества, в них расходуется наименьшее число, ножей на 100 т свеклы по сравнению со свеклорезками других конструкций.

Дисковые свеклорезки потребляют меньше энергии по сравнению с центробежными и барабанными, на них можно получать стружку хорошего качества, но расход ножей на 100 т свеклы больше по сравнению со свеклорезками других конструкций. Для замены ножей свеклорезку останавливают.

Барабанные свеклорезки просты по устройству, но в процессе эксплуатации требуется большое количество ножей и энергии, стружка получается низкого качества, ножи можно заменять только при остановке.

В качестве базового варианта выбираем оборудование СЦБ-16М центробежную свеклорезку 16-рамную с регулируемой частотой вращения ротора производительностью 2100 т/сут. Предполагается разработать аналогичную по конструкции свеклорузку с производительностью 1700 т св./сут для завода мощности 9000 т св./сут.

2. Описание разрабатываемой машины для изрезывания свеклы

2.1 Назначение машины

Типовой машиной для изрезывания свеклы является центробежная свеклорезка СЦБ-16М, аналог которой рассматривается в данной работе.

Машина предназначена для получения стружки определенной формы из свекловичного корня при помощи диффузионных ножей.

2.2 Устройство машины

Свеклорезная машина состоит из: цилиндрического корпуса 2; трехлопастной улитки 3; привода (электродвигатель 23, редуктор 24, конический редуктор 6); верхнего 20 и нижнего 12 кожухов; загрузочного бункера 1; ножевых рам 21 с ножами; лебедки для замены ножей 22 без остановки машины и пальчатого шибера 25.

Работа

Сахарная свекла поступает в свеклорезку через загрузочный бункер. В корпусе она увлекается вращающейся улиткой (n = 71,5 113,5 мин-1) и под действием центробежной силы, прижимаясь к режущей кромке ножей, постепенно изрезывается в свекловичную стружку. Стружка через проемы ножевых рам поступает в пространство между корпусом свеклорезки и кожухом, а затем через отверстие нижнего кожуха подается на дальнейшую переработку.

Стружка по форме может быть желобчатой или пластинчатой. Качество свекловичной стружки принято определять длиной ее в метрах в навеске массой 100г; процентным содержанием брака и мезги и % желобчатости или пластинчатости. Длина стружки - 10 12 м; содержание брака - не более 3% к массе стружки.

3. Расчетная часть

3.1 Технологический расчет

Производительность свеклорезки по свекле:

, т/сут

где d - цена деления ножа, d = 0,008 м; а - высота подъема ножа, a = 0,0025 м ;

m - число делений ножа, m= 20; n - количество ножей в свеклорезке, n =32 шт.;

V - скорость резания свеклы, м/с; - насыпная плотность свеклы в корпусе свеклорезки, с = 600 кг/м3 ; кк - конструктивный коэффициент, кк =0,9; кэ - эксплуатационный коэффициент, кэ = 0,9.

V= (G·1000) ? (24· 60· 60· d ·a ·m · n· с · кк · кэ)

V= (24·60·60·0,008·0,0025·20·32·600·0,9·0,9) = 3,16 м/с

Длина режущих кромок всех ножей свеклорезки:

L= dmn = Ln , м

где L- длина режущих кромок одного ножа, м (для стандартного ножа L= 0,165 м)

L=0,165·32 = 5,28 м

Расчет количества свеклорезок

m = , шт

где Gз - мощность завода, Gз = 9000 т св/сут; G - производительность свеклорезки по свекле, G = 1700 т/сут.

m = = 5,3 шт

Принимаем 6 свеклорезок + 1 резервная

3.2 Конструктивный расчет

(расчет основных геометрических параметров барабана свеклорезки)

Полный объем барабана свеклорезки по массе свеклы:

, м

где m - масса загружаемой в барабан свеклы, m = 300 кг;

- насыпная плотность свеклы, с = 600 кг/м3;

ц - коэффициент заполнения барабана, ц = 0,9.

300 / (600 · 0,9) = 0,55 м

Полный объем барабана свеклорезки по геометрическим параметрам

V= V:

V= H , м

где D - диаметр барабана свеклорезки, м;

H - высота барабана свеклорезки, м.

Принимаем за неизвестный параметр - D, м. Выражаем H через D:

H= 0,5D , м

Получим:

V= 0,5D , м

Из формулы 6 выразим диаметр барабана D:

D=, м

D= 3v(4·0,55) / (0,5 · 3,14) = 1,12 м

H= 0,5 · 1,12 = 0,56 м

3.3 Энергетический расчет

(расчет мощности привода свеклорезки и подбор электродвигателя)

Общая мощность привода центробежной свеклорезки N (кВт):

N = N1 + N2 + N3 + Nт,

где N1 - мощность, потребляемая на резание свеклы, кВт;

N2 - мощность, потребляемая на преодоление сил трения свеклы о ножи и ножевые рамы, кВт;

N3 - мощность, потребляемая на разгон свеклы до скорости резания, кВт;

Nт - мощность, потребляемая на преодоление сил трения между подвижным и неподвижным слоями свеклы при поступлении в свеклорезку, кВт.

N= 0,12 + 68,41 + 0,43 +7 = 75,96 кВт

Мощность, потребляемая на резание свеклы N1 :

N1= LМ ?V кк / 1000 , кВт

где f - удельное усилие резания в зависимости от формы и длины стружки, f = 14,2 н/см ;

L - длина режущей кромки одного ножа, см (принять из технологического расчета);

М - количество двухножевых рам, М= 16 шт.;

?- безразмерная величина, учитывающая воздушные промежутки между свекловичными корнями, ?= / (- плотность свекловичной мякоти,

=1000 кг/ м; - насыпная плотность свеклы в корпусе свеклорезки, кг/ м, =600 кг/ м);

кк - конструктивный коэффициент свеклорезки.

?= = 0,6

N1= =0,12 кВт

Мощность, потребляемая на преодоление сил трения свеклы о ножи и ножевые рамы N2 :

N2=0,1485RL кк / 1000, кВт

где - угловая скорость лопастной улитки, рад/с (принять из кинематического расчета);

R - наружный радиус слоя свеклы, R= D/2 м.

N2= =68,41 кВт

Мощность, потребляемая на разгон свеклы до скорости резания N3 :

N3= , кВт

где G- производительность свеклорезки, тсв./сутки (принять из технологического расчета).

N3= = 0,43 кВт

Мощность, потребляемая на преодоление сил трения между подвижным и неподвижным слоями свеклы Nт :

Nт выбирается в зависимости от производительности свеклорезки:

Производительность свеклорезки, т св./сутки	До 1000	1100 - 2000	2100 - 3000	3100 - 4000
Мощность Nт, кВт	8	7	6	5

Nт= 7 кВт

Определяем мощность электродвигателя свеклорезки:

N= , кВт

где К - коэффициент запаса мощности, К= 1,3 - 1,5;

- коэффициент полезного действия, = 0,8.

N= = 142,42 кВт

После определения значения общей мощности, подбирается электродвигатель:

АИР315S4 , N= 160 кВт, nэл= 1500 мин.

3.4 Кинематический расчет

(определение передаточных отношений, частот вращения и угловых скоростей на каждом валу привода)

Вычертите кинематическую схему привода свеклорезки СЦБ-16М:

Определяем общее передаточное отношение привода:

u=u1·u2=,

где u - передаточное отношение двухступенчатого цилиндрического редуктора u- передаточное отношение конического редуктора;

n - частота вращения первого вала, n= nэл мин;

n - частота вращения вала трехлопастной улитки, мин-1

u= = 13,27

u= 2,5

Определяем значение u:

u= ,

u= =5,3

Определяем значение частоты вращения вала II n :

n= , мин

n= = 600 мин-1

Значения n, nи n вносим на кинематическую схему привода свеклорезки.

Определяем угловые скорости на каждом валу привода:

, рад/с

=157 рад/с

= , рад/с

= = 62,8 рад/с

= , рад/с

= = 11,8 рад/с

Заключение

В данном курсовом проекте на тему «Машина для изрезывания свеклы» было описано устройство аппарата, рабочие процессы, представлены технические характеристики свеклорезки СЦБ -16М, а также разработана машина для изрезывания свеклы с производительностью G = 1700 т св/сут для завода мощностью N = 9000 т св/сут.

Проведен сравнительный анализ характеристик центробежной, дисковой и барабанной свеклорезок.

Произведены технологический, конструктивный, энергетический и кинематический расчеты.

Для значения общей мощности Nобщ = 132,93 кВт , подобран двигатель АИР315S4 , Nэл=160 кВт.

Таблица - Технические характеристики центробежной свеклорезки

Показатель	СЦБ-16М
Число ножевых рам	16
Диаметр корпуса, мм	1290
Производительность при пятимилиметровых ножах, т/сут (желобчатая стружка):	1700
Скорость резания свеклы, м/с	9,5
Частота вращения улитки, мин-1	113
Мощность электродвигателя привода, кВт	160
Габаритые размеры, мм
Длина	5205
Ширина	1855
Высота	2520
Масса, кг	7050

Список литературы

1. Азрилевич И. Я. Технологическое оборудование свеклосахарных заводов, - М.: Пищевая промышленность, 1979, - 334 с.

2. Гребенюк С. М. Технологическое оборудование сахарных заводов, - М.: Пищевая промышленность, 1969, - 528 с.

3. Гребенюк С. М. и др. Технологическое оборудование сахарных заводов, - М.: КолосС, 2007, 520 с.

4. Сапронов А. Р. и др. Общая технология сахара и сахаристых веществ, - М.: Пищевая пром-сть, 1979, - 464 с.

5. Славянский А. А. сахар: назначение, свойства и производство (Учебное пособие). - М.: МГУТУ, 2012. - 213 с.

6. Знаменский Г. М. Технологическое оборудование свеклосахарных и рафинадных заводов. - М.: Пищепромиздат, 1957, - 372 с.

Размещено на Allbest.ru