Расчет пресса

 

Рисунок 6 – Способ и устройство для отжима прессованием

Устройство для  прессования сока из цельных плодов и овощей (пат. RU 2350230, авторы: Сёмин Александр Николаевич, Нагорских Валентин Семенович, Зырянов Сергей Борисович, Швецов Владислав Владиславович, Нецветаев Владимир Алексеевич, Кирсанов Юрий Александрович)

Изобретение относится к  пищевой и консервной промышленности и может быть использовано для  получения натуральных соков  из плодов и овощей в условиях фермерского  хозяйства, перерабатывающих цехов  и в домашних условиях. Устройство включает корпус с загрузочной горловиной, последовательно установленные подающий и прессующий шнеки, измельчающие элементы, привод, фильтрующую сетку и отвод отжима. Шаг первого витка подающего шнека равен 0,8÷1,2 диаметра загрузочной горловины корпуса. Высота витков подающего шнека составляет 0,3÷0,5 диаметра загрузочной горловины корпуса. Подающий шнек имеет сменный удлинитель вала с прорезью для установки и центровки прессующего шнека с фиксирующей шпилькой во внутреннем канале. Корпус соковыжималки оснащен регулятором отжима. Решетка между подающим и прессующим шнеками имеет пазы для перетекания сока на фильтрующую решетку. Использование изобретения позволит провести качественную переработку плодов и овощей для получения сока.

Рисунок 7 – Устройство для прессования сока из цельных плодов и овощей

2.3 Техническая характеристика

Пресс ВПО-20А (рисунок 8) предназначен для отжима сока из ягод винограда. Основой пресса является сваренная из фасонного проката рама 1. На раме смонтирована основная корпусная деталь 13. Сверху к корпусной детали крепится бункер 14 для приема массы, а снизу – сборник 2 для сока (сусла) первой фракции. К фланцу основной корпусной детали крепится основной перфорированный барабан 19 с бандажными кольцами жесткости 18. Внутри барабана, по его оси, расположены два шнека – транспортирующий 3 и прессующий 16. Шнеки посажены на валу 26, причем прессующий шнек соединен с валом жестко и крутящий момент передается ему шпонками 17, транспортирующий шнек посажен на валу свободно. Вал получает вращение от электродвигателя 8 через клиноременную передачу 10, стандартный зубчатый редуктор 7 и зубчатую пару 5. Транспортирующий шнек получает вращение от того же привода через цепную передачу 12 с натяжной звездочкой 4. Основной вал установлен в подшипниках 6 и 11, корпуса которых прикреплены к раме. В конце основного перфорированного барабана расположен запорный конус 20, которым регулируются площадь кольцевого отверстия для выхода отпрессованной массы и, следовательно, влажность выжимок. Передвижение конуса вдоль оси обеспечивается гидроприводом, состоящим из насоса 23 и двух цилиндров 22. Маслонасос смонтирован на кронштейне 24, прикрепленном к раме. Между последним витком прессующего шнека и запорным конусом образуется камера максимального давления. Внутри этой камеры размещен малый перфорированный барабан 27 с крышкой 21 для санитарной обработки и штуцером 25 для отвода сусла.

Рисунок 8 – Шнековый пресс ВПО-20А

Под основным перфорированным  барабаном расположен сборник 28 для сбора сусла второй и третьей фракций. Привод пресса закрыт кожухом 9, а основной перфорированный барабан – двустворчатым кожухом 15.

Основной вал с прессующим шнеком вращается с частотой 3,5 об/мин, а транспортирующий шнек – с частотой 7,5 об/мин в противоположную сторону, чем обеспечиваются перемещение прессуемой массы и высокий выход сока.

При работе пресса отделенные от гребней виноградные  ягоды, частично разрушенные в дробилках-гребнеотделителях, поступают в бункер пресса. Здесь масса (мезга) захватывается транспортирующим шнеком и подается к прессующему шнеку.

На участке транспортирующего  шнека происходит частичное отделение  сока (сусла) от мезги, который собирается и является наиболее качественным, так как содержит минимальное  количество взвешенных частиц. Техническая  характеристика пресса ВПО-20А приведена в таблице 1

Таблица 1 – Техническая характеристика прессов

Показатели	ВПО-20А
Производительность (по винограду), т/ч	20
Мощность привода, кВт	13
Частота вращения шнека, мин–1:
транспортирующего	7,5
прессующего	3,5
Габаритные размеры, мм	4500´1180´1850
Масса, кг	3900

3 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Технологический расчет

1. Производительность прессов П (т/ч) :

,где

где F—площадь кольцевого выходного отверстия или сумма площадей отдельных отверстий диска;

F=3,26 м²;

t — шаг наклонного витка, расположенного в выходной щели; t=0,32 м;

n—частота вращения вала шнека, мин ; n=40,6 об/мин;

ρ— плотность отжатого жома; ρ=16 кг/м _;

φ—отношение площади, занятой  прерывистыми витками шнека, к площади винтовой поверхности, на которой расположены прерывистые витки (расчет производится для одного витки у выходной щели); φ=0,5.

Подставив данные в формулу  найдем производительность шекового пресса: П=20 (т/ч).

1.1. Производительность шнека  в 1-м сечении П_i (м³/с) определяется по уравнению:

,где

 

где D — наружный диаметр шнека; D=0,50 м;

d — средний диаметр корпуса шнека на данном участке; d=0,2 м;

S — шаг витка на данном участке; S =0,32 м;

n — частота вращения шнека; n=7,5об/мин ;

— объем, занимаемый витками шнека  на длине одного шага;

=0,25 м³;

-коэффициент перемещения, учитывающий проворачивание жома; =0,85.

Подставив данные в формулу  найдем производительность шнека в 1-м сечении: П_i=0.31 (м³/с).

 

 

3.2 Энергетический расчёт

Определяем к.п.д. передачи:

η_общ.=η_р..п.· η_ред.·η_ц.п. ,

где   η_р..п – к.п.д. ременной передачи, η_р..п = 0,96;

η_ред - к.п.д. редуктора, η_ред.=0,95;

η_ц.п – к.п.д. цепной передачи, η_ц.п =0,95;

η _общ = 0,96·0,95·0,75=0,87.

Определяем необходимую  мощность двигателя:

Р_вх.=

;

Р_вых=2,5;

η_бщ=0,87;

Р_вх=

кВт.

По требуемой мощности подбираем двигатель: трехфазный, асинхронный  серии 4А (по ГОСТ 19523 – 81).

Р_дв=13 кВт – мощность двигателя.

3.3 Кинематический расчёт передаточних механизмов

 

Подбираем частоту вращения двигателя.

Определяем общее передаточное число:

U_общ =U_р.п.· U_ред · U_ц.п.;

где  U_р.п. – передаточное число ременной передачи,

U_р.п ≤ 4;

U_ред- передаточное число редуктора, U_ред ≤ 3,55;

U_ц.п – передаточное число цепной передачи, U_ц.п. ≤ 4;

U_{общ max} = 4· 3,55· 4 = 56,8;

n_вых = 40 об/мин.

Вариант 1: n_дв1=3000 об/мин.

U₁= .

Вариант2 : n_дв2=1500 об/мин.

U₂= .

Вариант3 : n_дв3=1000 об/мин.

U₃= .

Вариант4 : n_дв4=750об/мин.

U₃= .

Анализируя передаточное отношение, приходим к выводу, что  оптимальный вариант будет в  том случае, когда n_дв=1500 об/мин и передаточное число 37,5.

Предпочтение отдаем двигателям с большей скоростью, поэтому, двигатель 1000 об/мин и 750 об/мин не принимаем.

Определяем  номинальную  частоту вращения и запишем марку  двигателя:       4А100S4УЗ.

Скольжение S=4,4%.

Мощность двигателя Р_дв=3 кВт.

Частота вращения n_дв=1500 об/мин.

Номинальная частота вращения:

n_ном=1500 – 4,4 · 10=1434 об/мин.

Определяем передаточное отношение передач:

U_общ=

;

U_р.п. = 2,8;

U_ред=3,15;

U_ц.п=

.

Принимаем стандартное передаточное число 4 и проверяем отклонение от нужного передаточного числа:

U_{общ.станд} = 2,8 · 3,15· 4 = 35,28 ;

Δ U=

;

Δ U<4%, т.к. отношение меньше 4% принимаем стандартные числа.

Определяем частоту вращения и угловую скорость валов передачи.

I вал;     n_I = n_ном = 1434 об/мин;

ω_I=

с^-1;

II вал;    n_II= об/мин ;

ω_II=

с^-1;

III вал:  n_III= об/мин;

ω_III=

с^-1;

IV вал:  n_IV= об/мин;

ω_IV=

с^-1;

 

Определяем мощность на валах:  Р_вх.= Р_I = 2,5 кВт;

Р_II = Р_I · η_р.п..=2,5 · 0,96 = 2,4 кВт;

Р_III = Р_II · η_ред =2,4 · 0,95 = 2,28 кВт;

Р_IV = Р_III · η_ц.п. =2,28 · 0,95 = 2,166 кВт.

Определяем вращающий  момент на валах:

Т_I=

кН · м;

Т_II=

кН · м;

Т_III=

кН · м;

Т_IV=

кН · м;

3.4 Конструктивный расчёт

Расчет клиноременной  передачи

Исходные данные:     P = 2,5 кВт, n₁ = 1434 об/мин, U = 2, 8

1. Выбор сечения ремня  по номограмме. В зависимости от частоты вращения и мощности выбираем тип ремня (О, А, Б, В, Г, Д).

При  P = 2,5  кВт и n₁ = 1434 об/мин  принимаем тип ремня А.

2. Определяем вращающий  момент на ведущем шкиве.

Т₁ =

= = 0,017 кН · м

3.  Диаметр меньшего  шкива.

D₁ = (3÷4)

= 4× = 103 мм

Округляем до стандартного: d₁ = 100 мм

4. Диаметр большего шкива.

D₂ = d₁ ×U× (1- ε)

ε = 0, 01 ÷ 0, 03

Принимаем  ε = 0,02

d₂ = 100× 2, 8 × (1 – 0, 02) = 274,4 мм

5. Уточняем передаточное  отношение.

U =

= = 2, 8

6. Межосевое расстояние  определяем по формулам

a _min = 0,55· (d₁ + d₂ ) + T_o

a _max = d₁ + d₂

T_o – высота ремня |табл.7.7, с.131| : T_o = 8

a _min = 0,55×(100 + 274,4) + 8 = 213,92 мм

a _max = 100 + 274,4 = 374,4 мм

Принимаем  а = 350 мм

7. Длина ремня.

L = 2a + 0,5π (d₁ + d₂ ) +

(d₂ – d₁ )²

L = 2 · 350 + 0,5·3,14·(100 + 274,4) +

· (274,4 – 100) = 1309,5 мм

Округляем до стандартного: L_ст = 1320 мм

8.Уточняем межосевое расстояние  по длине ремня.

А =

w = 0,5π · (d₁ + d₂ )

y = (d₂ – d₁)²

w = 0,5·3,14·(10 + 274,4) = 587,8

y = (274,4 – 100)² = 30415,36

а =

= 355,4 мм

9.Определяем угол обхвата  ведущего шкива.

Α₁° =

α₁° =

= 152°

10.Число ремней передачи.

Z =

где P – мощность двигателя

C_p – коэффициент режима работы |табл.7.10, с.136|, C_p = 1, 2

P₀ – мощность для передачи одним ремнем данного типа P₀  = 1,45 кВт

С_L – коэффициент длины ремня, С_L = 0,93

С_α – коэффициент угла обхвата, С_α = 0,95

С_Z – коэффициент, учитывающий число ремней в передаче, С_Z = 0,95

z =

= 2, 47

z = 3

11.Натяжение ветви ремня.

F₀ =

v – скорость ремня, м/с

θ – коэффициент, учитывающий  центробежную силу, зависит от типа ремня   |2, с.136|, для сечения  А   θ = 0,1 (Н·с²)/м²

v =

ω₁ =

= = 150,1 c^-1

v =

= 7,505 м/с

F₀ =

= 123,66 Н

 

12.Сила, действующая на  вал.

F_B = 2F₀z sin

F_B = 2·1223,66·3· sin

= 720 Н

13. Ширина шкива. 

В = (Z – 1)е + 2f

где Z – число ремней

e, f – размеры канавок в зависимости от типа ремня, F = 10, 0,  e = 15, 0

B = (3 – 1) · 15 + 2 · 10 = 50 мм

 

4 МОНТАЖ, НАЛАДКА И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ

Фундамент для пресса с кирпичной обмуровкой выполняется, как правило, строительной организацией, но перед началом работ по кладке подвергается техническому осмотру, при котором проверяется правильность его выполнения в соответствии с чертежами. После осмотра и проверки фундамента составляется акт о его приемке и акт на скрытые работы, связанные с устройством фундамента.

При работе на действующем  предприятии монтажная площадка огораживается деревянными щитами на высоту сооружаемого пресса. Разметка габаритов пресса перед монтажом производится по рабочим чертежам при помощи отметок – реперов, нанесенных на колонны или стены здания. Для этого вокруг фундамента устанавливают па ватерпасу обноску из стоек и досок толщиной не менее 25 мм. Высота обноски в зависимости от высоты печи и здания 3,5-5 м.

Все размеры по высоте пресса наносятся от поверхности чистого пола: отметки фиксируют на ближайших колоннах или стенах здания и сохраняют до полного окончания монтажа. После этого производится сборка пресса

Перед началом монтажа  все детали и узлы подлежат тщательному  наружному осмотру, проверке комплектности, наличия паспортов и другой технической  документации, отсутствия поломок и  других видимых дефектов.

Особо тщательно производят осмотр и приемку пароводяных  труб. Проверяют клейма завода-изготовителя и дату изготовления труб.