Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ (образован в 1953 году) ________________________________________________________________ Кафедра пищевых машин Дистанционное Пищ. маш. – 8. 11. 260601 зчн. плн. обучение Пищ. маш. – 8. 11. 260601 зчн. скр. Пищ. маш. – 8. 11. 260602 зчн. плн. Пищ. маш. – 8. 11. 260602 зчн. скр. Пищ. маш. – 8. 11. 260602 очн. скр. Пищ. маш. – 11. 11. 260401 зчн. плн. Пищ. маш. – 11. 11. 260401 зчн. скр. Калошин Ю.А. Оборудование отрасли. Технологическое оборудование отрасли (маслодобывающих и жироперерабатывающих предприятий) Лабораторный практикум для студентов специальностей 260601 (1706), 260602 (2713) и 260401 (2707) всех форм обучения www.msta.ru Москва – 2007 г. |
УДК 664. 3
К 17
© Калошин Ю.А. Оборудование отрасли. Технологическое оборудование отрасли (маслодобывающих и жироперерабатывающих предприятий). Лабораторный практикум. – М.: МГУТУ, 2007.
В данной работе указаны цели и задачи лабораторных работ по дисциплинам «Оборудование отрасли» «Технологическое оборудование отрасли» (маслодобывающих и жироперерабатывающих предприятий) для студентов специальностей 260601 (1706), 260602 (2713) и 260401 (2707). Приведены темы работ, которые отражают содержание курса.
По каждой теме приведены конкретные повариантные задания и методические указания по их выполнению, позволяющие усвоить теоретическую основу учебного материала и изучить его практическое приложение.
Лабораторный практикум предназначен для студентов специальностей 260601 (1706), 260602 (2713) и 260401 (2707) всех форм обучения.
Автор: д.т.н., проф. Калошин Юрий Аркадьевич
Рецензент: д.т.н., проф. Паронян Владимир Хачатурович
Редактор: Свешникова Н.И.
© Московский государственный университет технологий и управления, 2007
109004, Москва, Земляной вал, 73
СОДЕРЖАНИЕ
Введение………………………………………………………………………...4
Цели и задачи…………………………………………………………………..4
Организация проведения лабораторных работ………………………………4
Контроль за проведением лабораторных работ……………………………...5
Содержание отчета по лабораторной работе……………………….….……..5
Тематика лабораторных работ…………………………………………….…..5
Лабораторная работа № 1. «Изучение фасовочных машин»………………..6
Лабораторная работа № 2. «Исследование процесса резания
материалов»……………………………………………………………….…..16
Лабораторная работа № 3. «Исследование процессов получения
водно-жировых эмульсий в смесителях»……………………………………20
Лабораторная работа № 4. «Изучение укупорочных машин»……………..25
ВВЕДЕНИЕ
Лабораторные работы проводят в соответствии с учебным планом и расширением учебных занятий. Перед началом студентам сообщают темы лабораторных работ и последовательность их выполнения.
На первом занятии со студентами проводят инструктаж по технике безопасности и о правилах поведения в лабораториях и основных требованиях при работе на отдельных стендах.
Для получения максимального эффекта от лабораторных занятий выполнение каждой работы поручается бригаде состоящей из 3 – 4 студентов.
Студенты заранее готовятся к выполнению лабораторных занятий. В процессе подготовки изучают теоретический раздел курса по каждому виду оборудования, предусмотренному в лабораторных занятиях. Рекомендуется использовать материал лекции, учебники и другую учебно-методическую литературу.
Работу студента выполняют в строгом соответствии с методическими указаниями. Каждая лабораторная работа оформляется протоколом.
При наличии в лаборатории микро ЭВМ целесообразно пользоваться приведенными в материалах пособия программами для расчета отдельных характеристик оборудования.
На лабораторных занятиях целесообразно использовать схемы и плакаты, поясняющие принцип действия оборудования. Кроме того, можно использовать отдельные узлы и детали машин. Показ учебных видео- и кинофильмов даст дополнительную информацию об отсутствующих в лаборатории видах оборудования, разновидности конструкций, правилах эксплуатации и приемах безопасной работы.
В лаборатории должна быть общая инструкция по правилам безопасной работы, а на каждом стенде индивидуальная.
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ
Научить студентов навыкам практического приложения фундаментальных и инженерных знаний в вопросах проектирования и эксплуатации машин и аппаратов пищевых производств. Привить им навыки в теоретических и экспериментальных исследованиях работы технологического оборудования с целью получения данных, направленных на улучшение работы этого оборудования. Это особенно важно в период подготовки к выполнению дипломного проекта – завершающей учебной работе по формированию будущего специалиста.
ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Работы проводятся по группам в составе не более 12-15 человек.
При этом группа может делиться соответственно на 2-3 подгруппы, каждая из которых выполняет последовательно свою работу.
Занятия с группой проводят преподаватель и лаборант (или учебный мастер). Преподаватель объясняет содержание каждой работы, порядок ее проведения, перечень измеряемых параметров и методы их измерения, обработку данных и оформление полученных результатов, выдает задания на каждую работу каждой подгруппе.
Лаборант проводит инструктаж по охране труда и правилам техники безопасности, и студенты расписываются в соответствующем журнале. Следит за правильным оформлением документации. Для каждой подгруппы объясняет методы работы на экспериментальных установках и с измерительной аппаратурой. Наблюдает за ходом выполнения работ и сохранностью материальной части.
КОНТРОЛЬ ЗА ПРОВЕДЕНИЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Посещаемость и продолжительность лабораторных работ отмечаются в журнале. Студенты, отработавшие все работы, оформляют по ним отчет, который в конце проведения занятий защищается у преподавателя и визируется, а затем представляется на экзамене по курсу вместе с контрольными работами. Преподаватель вправе на экзамене в качестве дополнительного вопроса задать вопрос по материалам лабораторных работ.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
Примерное содержание отчета по лабораторной работе:
Допускается вводить новые разделы необходимые для выполнения тех или иных лабораторных работ.
ТЕМАТИКА ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Лабораторная работа № 1. «Изучение фасовочных машин» (продолжительность – 6 часов).
Лабораторная работа № 2. «Исследование процесса резания материалов» (продолжительность – 6 часов).
Лабораторная работа № 3. «Исследование процессов получения водно-жировых эмульсий в смесителях» (продолжительность – 6 часов).
Лабораторная работа № 4. «Изучение укупорочных машин» (продолжительность – 6 часов).
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.
«Изучение фасовочных машин»
Цель работы: изучить конструктивные особенности фасовочных машин для розлива по объему растительных масел и майонеза:
1 – гравитационных;
2 – вакуумных;
Изучить конструкцию гравитационного дозатора разливающего по уровню.
Теоретическая часть:
Современные машины, предназначенные для розлива различных пищевых жидкостей в бутылки и придания бутылкам товарного вида, выполняют заданные технологические операции без вмешательства человека.
Различаются три цикла движения технологических машин: кинематический, рабочий и технологический.
Кинематическим циклом Тк (с) механизма называется период между двумя последовательными моментами начала рабочих ходов:
Тк = tр + tх + tост
где tр – время рабочего хода; tх – время холостого хода; tост – время остановки (выстоя).
Рабочим циклом Tр (с) машины называется период времени, по истечении которого машина выпускает вырабатываемое изделие.
Тр = 1/П
где П – производительность машины, кг/с.
Технологическим циклом Тm (с) машины называется время, в течение которого обрабатываемое изделие находится в машине, т.е. промежуток времени между моментами его загрузки и выгрузки из машины.
Отличаются машины друг от друга методами розлива и принципами дозирования жидкости, что изменяет их расчетные гидравлические схемы и конструкции приборов для наполнения бутылок. Основными методами розлива пищевых жидкостей являются: гравитационный, изобарический, вакуумный и сифонный.
Гравитационный (изобарометрический) метод характеризуется тем, что истечение жидкости из дозатора или расходного бака происходит под действием гравитационных сил (самотеком) в условиях атмосферного давления. Напор зависит только от сил гравитации и величина его определяется гидростатической высотой жидкости.
Вакуумный метод характеризуется тем, что в расходном резервуаре, дозаторе и бутылке создастся одинаковое разрежение, и слив жидкости в бутылку происходит под напором гидростатического столба жидкости. Это способ розлива с уравновешенным вакуумом. Разрежение создается только в бутылке, и истечение жидкости происходит под действием разности давлений в расходном баке (атмосферное) и в таре (разреженное).
Дозирование жидкостей осуществляется по объему.
Современные фасовочные машины являются в основном устройствами карусельного типа, в которых на неподвижной станине с расположенными на ней механизмами установлен вращающийся расходный резервуар для приема жидкости с фасовочными устройствами и поплавковой системой, поддерживающей при фасовке постоянный уровень продукта в нем. Модуль всех фасовочных машин, т.е. отношение диаметра карусели к числу фасовочных устройств, равен 35 мм.
На рисунке 1 показан общий вид фасовочной машины с устройствами клапанного типа, размещенный на станине 1. Постоянный уровень жидкости в резервуаре 7 поддерживается поплавком.
Рисунок 1. Фасовочная машина
Наполнение мерного стакана фасовочного устройства происходит при открывании наполнительного клапана с помощью неподвижного верхнего копира, установленного в передней части машины с помощью трубки 6.
Пустые бутылки подводятся к фасовочной машине пластинчатым конвейером 3 и загрузочной звездочкой 10 подаются на подъемные столики. Перед загрузочной звездочкой устанавливается дистанционный механизм (отсекатель) в виде звездочки 9. Возможна установка дистанционного механизма шнекового типа. Подъемные столики механического действия поднимают бутылки к фасовочным устройствам 4. Бутылки при этом центрируются колокольчиками. По окончании фасовки столик опускается по копиру. Бутылки снимаются со столика при помощи разгрузочной звездочки 8 и выносятся на конвейер.
На выходе установлена блокировка, отключающая привод при падении бутылки или перегрузке укупорочной машины.
Фасовочная машина предназначена для фасовки жидкости как по объему, так и по уровню (фасовка под вакуумом), для чего установлен вакуум-насос 2 и воздушная трубка 5.
Одно из основных устройств машины – фасовочное устройство (рисунок 2.). На рисунке 2, а показан вариант устройства при фасовке по уровню (исходное положение, бутылка отсутствует), на рисунке 2, б – то же, в момент наполнения бутылки.
Рисунок 2. Фасовочное устройство машины
При фасовке жидкости по объему производится замена деталей колокольчика 1 и 25, сливного конуса 9 и 22, наконечника 2. Наполнение бутылки осуществляется при этом через сливной клапан между диафрагмой 11 и седлом клапана наконечника и далее через сливной конус шатровым методом по стенкам бутылки. Это показано на рисунке 2., в. Открытие наполнительного клапана осуществляется от верхнего копира в передней зоне машины, мерный стакан 14 при этом наполняется жидкостью.
Порядок проведения работы
Ознакомиться с элементами механизмов по литературе и по лабораторным моделям.
Расчетная часть
1. Рассчитать производительность фасовочной машины (бут/час) по формуле:
П = 3600 × zф × n
где n – частота вращения вала ротора, с-1; Zф – количество фасовочных устройств, шт.
2. Принимая Пmin = 6000 бут/час и Пmax = 7200 бут/час определяем частоту
nmin и nmax вращения ротора
3. - время полного оборота ротора.
В дальнейшем все расчеты ведутся на nmax.
4. Изучить конструкцию фасовочной машины Д9-БРЕ (ВАР-3, Д9-ВРЗМ, TI-ВР2А-6 и TI-ВНА-12) по литературе.
Скорость истечения жидкости из наполнительной трубки для пивобезалкогольной продукции определяется по формуле:
ω = φ√2gH, м/сек
где φ – коэффициент расхода, учитывающий физические свойства жидкости, состояние внутренней поверхности трубки, сужение струй и характер движения жидкости = 0,6;
Н – высота напора жидкости, м (Н = 0,165).
Секундный расход жидкости и продолжительность наполнения бутылки определяется:
Vсек = ω · F, м3/сек
где F – площадь поперечного сечения наполнительной трубки по внутреннему диаметру. Внутренний диаметр стандартной бутылки под розлив пивобезалкогольной продукции емкостью 0,5 л = 16 мм. Диаметр наполнительной трубки должен быть чуть меньше для пропуска воздуха при наполнении бутылки жидкостью. Поэтому возьмем трубку диаметром 14 мм при толщине стенок 1 мм.
F = πD2/4 = π(0,014 – 0,002)2/4, м2
Продолжительность наполнения бутылки емкостью 0,5 л равно:
τ = 0,005 м3/Vсек м3/сек, сек
Технические данные для расчетов выбирать по таблице № 1 согласно варианту.
Таблица № 1
|
Номер варианта |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Фасуемая жидкость подсолнечное масло оливковое масло хлопковое масло |
+ - - |
+ - - |
+ - - |
+ - - |
- + - |
- + - |
- + - |
- - + |
- - + |
- - + |
|
Вместимость бутылок, см3 |
500 |
750 |
1000 |
1250 |
1500 |
1750 |
2000 |
2250 |
2500 |
2750 |
|
Коэффициент расхода фасуемой жидкости |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,7 |
0,7 |
Таблица № 2
|
Показатели |
Фасовочные машины |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
Производительность, бут/час |
3000 |
4500 |
6000 |
7200 |
12000 |
|
Н1 – расстояние от дна резервуара до уровня жидкости, поддержи-ваемого поплавком, см |
28 |
28 |
30 |
39 |
39 |
|
Н2 – расстояние (высота) от дна резервуара до оси входа в мерный стакан, см |
2 |
2 |
3 |
3 |
3 |
|
jф – количество фасовочных устройств, шт |
16 |
18 |
18 |
28 |
28 |
|
f, см2 |
3,2 |
3,7 |
3,7 |
4,6 |
4,6 |
|
f1, см |
1,14 |
1,14 |
1,14 |
1,8 |
1,8 |
5. Построить циклограмму фасовочной машины по расчетным данным. Отсутствующие данные принять по литературе.
Длительность одного оборота ротора или кинематический цикл машины будет равно:
Тк = Тоб = 1/nmax , с
В течение времени Тоб на движущемся роторе осуществляются следующие операции:
- установка бутылки на подъемный столик;
- подъем бутылки со столиком к фасовочному устройству;
- открытие клапана;
- наполнение бутылки продуктом;
- закрытие клапана подачи продукта;
- опускание столика с наполненной бутылкой;
- вывод бутылки из машины.
Наглядное представление о согласованно работе отдельных механизмов фасовочных машин даст циклограмма.
На рисунке 3 показана круговая циклограмма фасовочной машины карусельного типа при фасовании по уровню. Циклограмма отражает положение мерного стакана (наружное кольцо) и бутылки (внутреннее кольцо). Каждый из углов на циклограмме определяется по-разному. Так, длительность выстоя бутылки в верхнем положении должна быть несколько больше длительности слива жидкости в бутылку из мерного стакана (τн.б.). Углы подъема копира и опускания принимаются из конструктивных соображений. Длительность выстоя столиков в нижнем положении зависит от конструкции механизма загрузки бутылок и одновременно должна соответствовать длительности заполнения мерного стакана. При расчете циклограммы необходимо еще учитывать время на слив капежа в бутылку и успокоение жидкости в мерном стакане. Следует предусмотреть время переключения фасовочного устройства на слив и наполнение (составляет 0,2-0,3 с).
Рисунок 3. Циклограмма фасовочной машины при фасовании по уровню
При построении циклограммы длительность всех составляющих операций определяют из соотношения:
360о/α = Тоб/τ ; τ = α · Т/360о
где Тоб – длительность одного оборота карусели, с; α – угол, на котором происходит та или иная операция (принимается или рассчитывается), град.
6. Энергетические затраты N (кВт) фасовочной машины рассчитываются по формуле:
где N1 – мощность, расходуемая на вращение карусели без учета сопротивления ролика подъемных столиков, кВт;
N2 – мощность, расходуемая на перекатывание роликов по копиру, кВт;
N3 – мощность, расходуемая на вращение загрузочной звездочки, кВт;
N4 – мощность, расходуемая на вращение разгрузочной звездочки, кВт;
N5 – мощность, расходуемая на вращение делительной звездочки или шнека-делителя, кВт.
Мощность N1, N3 и N4, расходуемая на вращение карусели, загрузочной и разгрузочной звездочки следует определить из выражения:
, кВт
где G – масса карусели с расходным резервуаром и фасовочными устройствами (масса механизма загрузочной или разгрузочной звездочки); fу – условный коэффициент трения подшипника качения = 0,8; dпк – диаметр окружности по центрам шариков упорного подшипника механизма, м; n – частота вращения рассчитываемого механизма, с-1.
Мощность N2 (кВт), расходуемая на перекатывание роликов по копиру, определяется из выражения:
, кВт
где Р = Р1 + Р2, Н.
Сила сопротивления Р1 перекатыванию роликов подъемных столиков по горизонтальному участку копира (Н) рассчитывается по формуле:
, Н
где Z1 – число подъемных столиков, одновременно перемещается по горизонтальному участку копира (Z1 определяется из циклограммы);
G1 – усилие прижатия горлышка бутылки к колокольчику (400Н);
G2 – масса подъемного столика с бутылкой с бутылкой, наполненной продуктом (25-30Н);
K – коэффициент трения качения подшипника ролика, м (к = 0,15); fу – условный коэффициент трения подшипника, приведенный к валу (fу = 0,08);
d – диаметр окружности по центрам подшипника, м;
D – диаметр ролика, м.
Сила сопротивления Р2 (Н) перекатыванию роликов подъемных столиков по входящему участку копира определяется по формуле:
, Н
где Z2 – число подъемных столиков, одновременно перемещающихся по восходящему участку копира (принять Z2 = 1, 2, 3 в соответствии с производительностью машины);
G3 – усилие прижатия горлышка бутылки к колокольчику, (Н = 200);
G4 – масса подъемного столика с пустой бутылкой = 25Н;
a – гол подъема профиля копира = 30о.
Для расчета мощностей N1, N2, N3, N4 применить данные по таблице № 3.
Таблицы № 3
|
Показатели |
Фасовочные машины |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
Производительность, бут/час |
3000 |
4500 |
6000 |
7200 |
12000 |
|
Gк – масса карусели, Н |
260 |
300 |
300 |
400 |
400 |
|
dпк – диаметр окружности по центрам шариков подшипника, мм |
280 |
320 |
320 |
360 |
360 |
|
d – диаметр по центрам шариков подшипника ролика, мм |
2,8 |
2,8 |
3,1 |
3,6 |
3,6 |
|
D – диаметр ролика, мм |
4,5 |
4,5 |
5 |
6 |
6 |
|
Gзв – масса загрузочной и разгрузочной звездочки, Н |
20 |
25 |
25 |
30 |
50 |
Zзв – количество зубьев звездочки (для машин производительностью 3000 бут/час, 4500, 6000 – 6; для машин производительностью 7200 бут/час и 12000 – 8); m = 35 – модуль машины.
Определяем суммарную мощность Nдв на главном валу машины:
, кВт
где К – коэффициент запаса мощности; выбирается из соотношения К = 1,1 – 2;
hпр – общий коэффициент полезного действия привода; рассчитывается исходя из конкретной конструкции кинематической схемы машины.
Произвести расчет.
Вопросы для самопроверки
1. Какие способы розлива Вы знаете?
2. От каких факторов зависит скорость вытекания жидкостей из дозатора?
3. От каких факторов зависит мощность на привод автомата?
Литература
1. Современное оборудование для упаковки пищевых продуктов. Под редакцией Бурляя Ю.В., Сухого Л.А. – М. Пищевая промышленность, 1978, с. 237.
2. Калошин Ю.А. Технологическое оборудование масложировых предприятий. – М. Академия, 2002, с.361
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.
«Исследование процесса резания материалов»
Цель работы: в масло-жировой промышленности технология изготовления твердого кускового мыла связана с процессом резания.
Для определения рабочих параметров резальных и дробильных машин необходимо знать удельные нагрузки, действующие на рабочий орган в зависимости от физико-механических свойств измельчаемого продукта. С этой целью необходимо экспериментальное исследование на специально созданной установке, в условиях максимально приближенных к тем, которые существуют в реальной машине. Приборное оснащение установки и обработка результатов исследования с использованием доступного математического аппарата обеспечит достоверность полученных результатов.
Теоретическая часть
Так как в основе работы установки использован принцип физического маятника, то имеется возможность использования его теоретических зависимостей, а именно:
максимальная скорость инструмента Vm, м/с в его низшем положении равна:
Vм = 2g H1
где g = 9, 81 м/с2 – ускорение свободнопадающего тела;
H1 – начальная высота подъема груза, м.
Следовательно, скорость инструмента в любой точке его движения — V, м/с будет равна:
V = 2g (H1 - H)
где H – текущее значение высоты груза между ординатами H1 и H2, если H2 – это высота подъема груза в его конечном крайнем положении.
При резании продукта шириной – S, м, работа – А, Дж, затраченная на процесс будет равна:
А = P · S
где P – сила резания, H, которую можно определить из разности потенциальных энергий груза в точках А1 и А2, т. е.
А = mg ( H1 - H2)
Отсюда легко определить силу резания – P, H.
P = mg (H1 - H2) / S
Так как кинетические энергии – Е1 и Е2 , Дж в начале и конце процесса соответственно равны:
E1 = m Vм2 / 2; E2 = m V12 / 2
где m – масса груза, кг;
V1 – скорость инструмента на выходе процесса, м/с, то, согласно закону сохранения энергии, можно записать:
А = Е1 - Е2
Подставляя выражения (3.3, 3.6 и 3.7) и решая полученное уравнение можно определить скорость – V1, м/с.
_____________
V1 = √ Vм2 – 2 P S / m .
Значит средняя скорость процесса резания – Vср, м/с равна:
Vср = (Vм + V1) / 2
Мощность потребная на процесс резания – N, Вт:
N = P Vср.
Время процесса - Т, с:
Т = S / Vср
При проектировании оборудования для резания пищевых материалов необходимы некоторые параметры, определение которых возможно экспериментально. С этой целью используют обычно маятниковую установку (рисунок 1).
|
Рисунок 1. Схема маятниковой установки. |
Установка состоит из станины 1 с закрепленным на ней в подшипниках рычаге 2. Рычаг может свободно качаться вокруг центра О. На конце рычага закреплен сменный груз 3, с центром тяжести, в точке А, несущей на себе режущий инструмент (нож или резец) 4. В нижней точке режущей кромки инструмента В на подвижном столе 5 закрепляют исследуемый продукт 6. Для определения положения маятника имеется устройство 7, а для закрепления его в начальном положении — фиксатор 8.
1. Составить расчетную схему установки, указав на ней все данные и расчетные параметры.
2. Получить у преподавателя номер варианта для выбора исходных данных по таблице 1.
Исходные данные для настройки установки.
Таблица 1
|
В а р и а н т |
||||||||||
|
Параметры |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Длина маятника - L, м |
||||||||||
|
Масса груза - m, кг |
||||||||||
|
Длина линии среза- S мм. |
3. Настроить установку согласно исходным данным.
4. Опустить инструмент в нижнюю точку (рычаг вертикален) и подвести закрепленный на столике 5 продукт до его касания с режущим инструментом.
5. Закрепить рычаг фиксатором 8 в определенном положении, (угол α 1) определив при этом высоту Н1, м.
Н = 001 - L · cos α
6. Поднять столик 5 винтом на 1 мм (один оборот винта).
7. Освободить фиксатор и произвести резание, замерив при этом угол α 2 и определив высоту подъема груза после резания - Н2.
8. Повторить эксперимент по п. п. 5 - 7 не менее 10 - ти раз.
9. Определить расчетные параметры, указанные в табл. 2., заполнив ее.
Расчетные параметры
Таблица 2
|
№№ опыта |
Н1, м |
Н2, м |
Vм, м/с |
V1, м/с |
Vср, м/с |
Р, н |
N, Вт |
Т, с |
|
1 |
||||||||
|
2 |
||||||||
|
3 |
||||||||
|
4 |
||||||||
|
5 |
||||||||
|
6 |
||||||||
|
7 |
||||||||
|
8 |
||||||||
|
9 |
||||||||
|
10 |
10. По полученным данным построить графики экспериментальных зависимостей:
P = f1 (Vср); N = f2 (Vср).
11. Обработать результаты на ЭВМ, определив аналитические выражения указанных зависимостей.
12. Сделать обоснованный вывод на основании полученных данных.
Литература
1. Калошин Ю.А. «Технология и оборудование масложировых предприятий». – М., Академия, 2002, с. 361
2. Под ред. Соколова А.Я. «Основы расчета и конструирования машин и автоматов пищевых производств». – М.: Машиностроение. 1969.
3. Вельтищев В.Н., Калошин Ю.А. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств. Часть 2. «Машины для выполнения процессов измельчения, прессования и перемешивания». Учебное пособие. - М., МГУТУ, 2005.
Вопросы для самопроверки
1.Какой принцип заложен в конструкции экспериментальной установки?
2. Как регулировать максимальную скорость инструмента?
3. Как определить работу затраченную на процесс?
4. На базе какой энергии можно определить силу при измельчении продукта?
5. Как определить мощность на процесс?
6. Как определить время процесса?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.
«Исследование процессов получения водно-жировых эмульсий в смесителях»
Цель работы:
Теоретическая часть
Оборудование для перемешивания применяется в самых различных отраслях пищевой промышленности, в т.ч. и масложировой промышленности для получения водно-жировых эмульсий маргарина и майонеза:
Наиболее распространены в промышленности лопастные мешалки. Они наиболее просты по конструкции, удобны в эксплуатации и экономичны. Рассмотрим теорию процесса вращения жидкости в цилиндрической емкости.
При вращении жидкости под действием вращения самой емкости или вращения лопасти, опущенной в жидкость, на поверхности образуется параболическая воронка (рисунок 1). В результате края жидкости поднимаются вверх на высоту h1 ,мм, а центр опускается вниз на высоту h2 ,мм.
|
Рисунок 1. Схема для расчета скорости жидкости |
Используя энергетическую теорию процесса можно определить угловую скорость или частоту вращения жидкости – мин-1, соответствующую этим высотам:
_________
ω1 = 2 √ g ( H – h ) / R
_________
ω1 = 2 √ g ( h – h1 ) / R
где R – радиус емкости, м;
H и h1 – соответственно высоты краев и центра параболической воронки, м;
g – ускорение свободнопадающего тела, м/с2;
h – уровень жидкости в свободном состоянии, м.
Сила сопротивления, действующая на вращающуюся лопасть – Р, Н определяется по закону Ньютона:
P = c · ρ · F · v2 ;
где ρ – плотность жидкости кг/м3 ;
F – площадь лопасти, м2 ;
v – скорость жидкости, омывающей лопасть, м/с;
с – коэффициент сопротивления, зависящий от формы лопасти, скорости жидкости, ее вязкости и т.д. Определяется экспериментально. При прикидочных расчетах можно принимать в пределах 1.5 – 2.
Для мешалки с одной прямоугольной лопастью длиной – А = R-r, м и высотой - h, м, закрепленной непосредственно на валу, сила Р, Н будет равна:
P = c · ρ · h · ω2 · ( R3 – r3 ) / 3.
Крутящий момент – М, Н · м на лопастном валу равен:
M = c · ρ · h · ω2 · ( R4 – r4 ) / 4.
Мощность на процесс перемешивания жидкости одной лопастью – N, Вт равна:
N = c · ρ · h · ω3 · ( R4 – r4 ) / 4.
Порядок проведения работы
Изучив теорию процесса перемешивания жидкости лопастной мешалкой при заданных параметрах: размерах лопасти – А х В, мм; высот - h1 и h2, мм и плотности жидкости - , кг/м3 рассчитать:
Устройство и работа лабораторной установки
|
Рисунок 2. Схема лабораторной установки |
Лабораторная установка (рисунок 2) состоит из сварной станины 1, на которой закреплены все элементы конструкции: цилиндрическая емкость 2 снизу имеет вал, вращающейся в подшипниках 3. Вращение от электродвигателя 4 на вал передается клиноременной передачей 5, которая для изменения скорости вращения имеет ступенчатые шкивы. Через другой подшипниковый узел 6 пропущен лопастной вал 7, лопасть которого опущена в исследуемую жидкость. Этот вал связан со станиной установки через измерительную балку 8, деформация изгиба которой пропорциональна крутящему моменту и измеряется визуально. Для обеспечения достоверности измерений имеется тарировочное устройство, имеющее шкив 9, гибкую нить 10, блок 11 и сменный груз 12 .
Проведение работы осуществляется в следующем порядке:
Оформление работы
Все данные, рассчитанные и измеренные параметры занести в таблицу.
|
№ опыта |
n, мин-1 |
h1, м |
h2, м |
Р, Н |
М, Н.м |
N, Вт |
с |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
Примечание: результаты в столбцах 3 – 8 заполнять в виде дробных чисел, где в числителе указывать рассчитанные значения, а в знаменателе - измеренные.
Литература
1. Основы расчета и конструирования машин и автоматов пищевых производств. Под ред. Соколова А.Я. – М.: Машиностроение. 1969.
2. Лунин О.Г., Вельтищев В.Н. Основы расчета мельниц, прессов и мешалок. Учебное пособие.– М. ВЗИПП. 1987.
3. Вельтищев В.Н., Калошин Ю.А. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств. Часть 2. «Машины для выполнения процессов измельчения, прессования и перемешивания». Учебное пособие. - М., МГУТУ, 2005.
Вопросы для самопроверки
1. По каким признакам классифицируются машины для перемешивания жидких пищевых продуктов?
2. Какие могут быть критерии предельной скорости вращения лопасти мешалки?
3. Действием каких сил вызвано появление на поверхности вращающееся жидкости параболической воронки?
4. Сформулируйте условия: невыплескивания жидкости, необнажения края лопасти и необнажения дна емкости.
5. Какие факторы влияют на величину мощности привода лопастной мешалки?
6. Какие величины входят в закон Ньютона для определения силы сопротивления жидкости, движущемуся в ней телу?
7. Какие параметры входят в уравнение расчета мощности привода лопастной мешалки?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4.
«Изучение укупорочных машин»
Цель работы: Изучить конструктивные особенности укупорочных машин.
Вопросы теории: расчет производительности машины, определение диаметра карусели по центрам укупорочных устройств, делительных диаметров загрузочной и разгрузочной звездочек, построение профиля шнека-делителя.
Теоретическая часть.
УКУПОРОЧНЫЕ МАШИНЫ
Классификация и общие сведения
Выбор укупорочных средств обуславливается технологическими требованиями и экономическими соображениями.
Полиэтиленовые пробки различных форм, в том числе и комбинированные пробки-колпачки, изготавливаются методом литья под давлением.
Простата изготовления колпачков, экономичность, высокая степень сохранности продукта, легкость вскрытия и возможность повторного закрытия бутылки, хороший эстетический вид, простота операции укупоривания обуславливает широкое распространение металлических колпачков (в основном применяют для ликероводочных изделий).
По конструктивным признакам укупорочные машины делятся на однопозиционные (с производительностью не более 3000 бут/час) и многопозиционные. Последние, как правило, карусельного типа (кроме некоторых напрессовывающих, относящихся к линейным).
Несмотря на разнообразие укупорочных средств, укупорочные машины, особенно карусельные, имеют общие принципы построения кинематики и сходные по конструкции механизмы: станины, карусели с укупорочными устройствами и столиками, загрузочные и разгрузочные механизмы, делители потока бутылок, приводы, устройства для подачи укупорочных средств (бункера, пробкопроводы, ориентирующие механизмы и др.).
Модуль всех укупорочных машин (многопозиционных) 35 мм, количество укупорочных устройств в них – 4, 6, 8, 12.
По степени механизации труда операторов укупорочные машины бывают ручные (все операции, даже укупоривание производят в ручную); неавтоматического действия (с ручной подачи и съема бутылок, малой производительности до 1000 бут/час) и автоматизированные (с механизированной подачей и отводом бутылок, как правило, с большой производительностью).
Деление укупорочных машин по производительности, как и других машин, в определенной степени имеет условный характер.
Основные технические требования, предъявляемые к укупорочным машинам, сводятся к следующим:
Ресурс работы укупорочной машины до первого капитального ремонта должен составить не менее 6000 часов.
Как отмечалось, имеет место тенденция объединение фасовочных и укупорочных машин. Там же описаны некоторые конструкции фасовочно-укупорочных машин.
Машина укупорочная для бутылок марки А1-ВУП
Машина укупорочная для бутылок может быть использована в линиях розлива растительного масла производительностью 6000 бут/час.
Машина предназначена для укупоривания стеклянных бутылок полиэтиленовыми комбинированными пробками тип 1У-А ТУ 10-10-01-11-89.
Техническая характеристика
Производительность техническая, бут/ч………………………7000
Тип машины…………………………………………….карусельный
Кол-во укупорочных устройств, шт.………………………………12
Укупориваемые бутылки по ГОСТ 10117-91………..1-К-700 УШ-К-700
Способ укупоривания………………………………….ударно-штоковый
Средства укупоривания………………полиэтиленовые комбинированные
пробки тип 1У-А ТУ 10-10-01-11-89
Расстояние от основания машины
до несущего уровня транспортерной цепи, мм…………………950
Величина регулирования………………………………………….50
Привод машины……………..электромеханический от сети трехфазного
тока напряжением 220/380 В
Двигатель привода………………………4АМХ80А4УЗ ТУ 16.510.776-81
Исполнение по монтажу…………………………………1М1081
Мощность установленная, кВт……………………………………..1,1
Частота вращения, с-1 (мин-1)………………………………..25 (1500)
Потребляемая электроэнергия, кВт………………………………..0,9
Габаритные размеры машины, мм
длина…………………………………..1600
ширина…………………………………950
высота…………………………………2600
Масса, кг……………………………………………………………750
Конструкция машины состоит из станины 1 (рисунок 1), внутри которой размещен привод, карусели верхней 2, карусели нижней 3, стола загрузки-разгрузки 4, транспортера 5, механизма ориентации пробок 6, питателя 7, механизма накладки 8 и электрооборудования 9.
В бункер ориентирующего устройства засыпаются пробки в количестве 1500-2000 штук. По уклону стенки бункера пробки перемещаются в зону вращающихся дисков. Пробки, ориентированные открытой частью к зубьям диска проходят через щель между зубьями верхнего диска и желобом нижнего диска, обходят борт и проскальзывают по неподвижному кольцу в питатель. Неправильно ориентированные пробки (донышком к зубу) в щель не проходят, поднимаются вместе с дисками в верхнюю часть устройства и падают в общую массу пробок.
Правильно ориентированные пробки по лотку питателя поступают в механизм накладки, где удерживаются пружинкой до подхода бутылки и снятия ею колпачка из механизма.
Наполненные продуктом бутылки подводятся пластинчатым транспортером линии к шнеку-делителю, который подает их к загрузочной звездочке с необходимом шагом. Во время прохождения загрузочной звездочки, бутылка венчиком забирает из механизма накладки пробку. Бутылка с надетой пробкой переводится по криволинейной направляющей и устанавливается на стол нижней карусели под шток укупорочного устройства. При вращении карусели неподвижный копир воздействует на ролики укупорочных устройств, опуская или поднимая их на определенных участках движения карусели.
При опускании штока укупорочного устройства пробка додавливается до полного одевания на венчик бутылки. Разновысотность бутылок компенсируется пружиной, находящийся в корпусе устройства. После окончания процесса укупорки, второй замыкающий ролик поднимает шток и корпус укупорочного устройства. Бутылка освобождается и разгрузочная звездочка выводит ее со стола карусели на транспортер линии.
На машине имеются блокировки отключающие привод машины: при падании и заклинивании бутылки в зоне загрузочного шнека, при переполнении транспортера бутылками на выходе из машины, при открывании ограждений нижней карусели.
Рисунок 1. Общий вид укупорочной машины
Рисунок 2. Кинематическая схема укупорочной машины
Порядок проведения работы
Ознакомиться с элементами теории по литературе.
Расчетная часть
1) Рассчитать производительность укупорочной машины (бут/ч) по формуле:
П = 3600 · Zу · n
где Zу – количество укупорочных устройств, шт.; n – частота вращения вала карусели, с-1.
Принимая Пmin = 6000 бут/ч и П max = 7200 бут/ч определяем частоту вращения вала карусели nmin и nmax :
nmin = Пmin / 3600 · Zу , с-1 ( мин-1)
nmax = Пmax / 3600 · Zу , с-1 (мин-1)
в дальнейшем все расчеты ведутся на nmax .
2) Определить модуль (m) укупорочной машины по формуле:
m = D∂.кар./ Zу
где D∂.кар. – диаметр окружности по центрам укупорочных устройств карусели укупорки или по центрам столиков карусели нижней, мм;
Zу – количество укупорочных устройств в машине, шт.
(для расчетов принять m = 35 мм применяемый на серийно выпускаемых машинах).
3) Определяем делительный диаметр загрузочной и разгрузочной звездочки по формуле:
D∂ = Zзв. · m, мм
где m – модуль машины, мм;
Zзв. – количество позиций загрузочной (разгрузочной) звездочки, шт.
4) Определяем межцентровое расстояние между загрузочной и разгрузочной звездочкой:
Рисунок
А = D∂ + dδ + 2δмм + h, мм
где D∂- делительный диаметр звездочек, мм;
dδ – диаметр применяемой бутылки, мм;
h – толщина криволинейной направляющей, мм (задается конструктивно);
δ – допуск на диаметр применяемых бутылок, мм
5) Кинематический расчет укупорочной машины.
5.1. Производительность машины принимаем Пmin = 6000 , бут/ч и Пmax = 7200 бут/ч (техническая производительность будет обеспечена конструкцией вариатора).
5.2. Частота вращения вала карусели:
nкар = П/3600 · Zу
где Zу = 12 – количество укупорочных устройств
nкар.min = Пmin / 3600 · Zу , с-1 ( мин-1)
nкар.max = Пmax / 3600 · Zу , с-1 (мин-1)
5.3. Передаточное число от вала 1 двигателя к валу 4 карусели:
ί1-4 = n∂в/nкар
Рисунок 3. Турникетная звездочка
n∂в = 23,3 с-1 (1420 мин-1) – частота вращения вала двигателя при номинальной мощности
ί1-4min = n∂в/nкар.max
ί1-4max = n∂в/nкар.min
5.4. Передаточное число от вала двигателя к валу карусели можно выразить через уравнение:
ί1-4 = ί1-2 · ίред · ί3-4
где ί1-2 – передаточное число от двигателя к редуктору, т.е. передаточное число ременной передачи;
ίред = 20 – передаточное число редуктора;
ί3-4 = Z2/Z1 , числами зубьев задаемся конструктивно.
Из уравнения находим передаточное число ременной передачи:
ί1-2 = ί1-4/ίред · ί3-4
ί1-2 min = ί1-4 min/ ίред · ί3-4
ί1-2 max = ί1-4 max /ίред · ί3-4
5.5. Расчетные диаметры шкива и вариатора определяется по формуле:
Dшк = dвар · ί1-2 (1 - ζ), мм
где – ζ – 0,015 – коэффициент проскальзывания ремня.
Принимаем наименьший расчетный диаметр вариатора
d1 min = 95 мм
определяем расчетный диаметр шкива Dшк на редукторе при ί1-2 max
Наибольший расчетный диаметр вариатора определяем по формуле:
d1 max = D1/ί1-2 min (1 – ζ), мм
5.6. Частота вращения всех валов конструкции:
Частота вращения вала ІІ
n2 = nдв/ ί1-2 , с-1 (мин-1)
n2 min = nдв/ ί1-2 max , с-1 (мин-1)
n2 max = nдв/ ί1-2 min , с-1 (мин-1)
Частота вращения вала ІІІ
n3 = n2 min · 1/ίред , с-1 (мин-1)
n3 min = n2 min · 1/ίред , с-1 (мин-1)
n3 max = n2 max · 1/ίред , с-1 (мин-1)
Частота вращения вала ІV
n4 = n3 min· Z1/Z2 , с-1 (мин-1)
n4 min = n3 min · Z1/Z2 , с-1 (мин-1)
n4 max = n3 max· Z1/Z2 , с-1 (мин-1)
Частота вращения валов V и VІ:
n5 =n6 = n4 · ί4 - 5 , с-1 (мин-1)
где ί4 – 5 – передаточное число шестерен карусели и загрузочной звездочки:
Zкар = 12, число позиций карусели;
Zзв = 8, число позиций загрузочной звездочки
ί4 – 5 = Zкар/Zзв = 12/8 = 1,5
ί4 – 5 = Z2/Z3 = 1,5 где Z2 = 132 (см. кинематическую схему),
тогда Z3 = Z2/ί4 – 5
Частота вращения валов V и VІ будет:
n5 min = n6 min = n4 min · 1,5, с-1 (мин-1)
n5 max = n6 max = n4 max ·1,5, с-1 (мин-1)
Частота вращения валов VІІІ и ІХ должна быть больше частоты вращения вала V в восемь раз из условия подачи бутылки шнеком в каждую позицию загрузочной звездочки, т.к. Z7 = Z8
n8 = n9 = n5 · ί7 – 8 · ί5 – 7
Выбираем конструкцию Z6 = 20, Z5 = 49;
а из условия ί7 – 8 · ί5 – 7 = 8 находим Z4
Z4 = Z6 · 8
n8 min = n9 min = (Z4 · Z5/ Z5 · Z6) · n5 min
n8 max = n9 max = (Z4 · Z5/ Z5 · Z6) · n5 max
Частота вращения вала VІІ
n7 = n5 · ί5 – 7
Технические характеристики автоматических укупорочных машин
Таблица №1
Показатели |
Укупорочные машины |
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
Производитель-ность, бут/час |
6600 |
6600 |
7000 |
6000 |
7000 |
Вид пробки |
полиэтиле-новые ком- бинирован- ные и нип- пельные |
корковая |
полиэтиле-новые ком- бинирован- ные |
металли- ческий колпачок |
металли-ческий колпачок |
Вид бутылки иее вместимость, л |
0,5; 0,7 |
0,5; 0,7 |
0,7 |
0,5; 0,7 |
0,5; 0,544; 0,71; 0,75 |
Количествоукупорочных устройств, шт. |
10 |
10 |
12 |
10 |
10 |
Количествозубьев на загрузочной звездочке, шт. |
6 |
6 |
8 |
8 |
8 |
Мощностьпривода, кВт |
1,2 |
1,5 |
0,25 |
1,47 |
0,92 |
|
Габаритные размеры, мм |
1800х1100х 2100 |
2105х1440х 2675 |
1000х950х 2600 |
1850х863х 1496 |
1502х1180х 2420 |
|
Масса, кг |
1900 |
2325 |
750 |
800 |
1000 |
Модуль машины m = 35 мм.
Вопросы для самопроверки
1. Какие виды пробок Вы знаете?
2. Какие способы укупоривания бутылок Вы знаете?
3. От каких факторов зависит мощность на привод автомата для укупорки бутылок?
Литература
1. Современное оборудование для упаковки пищевых продуктов. Под редакцией Бурляя Ю.В., Сухого Л.А. – М. Пищевая промышленность, 1978, с. 237.
2. Калошин Ю.А. Технологическое оборудование масложировых предприятий. – М. Академия, 2002, с.361
Приложение 1
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ
_______________________________________________________________________________________________________
Кафедра «Пищевые машины»
Лаборатория ______________________
уч. год
О Т Ч Е Т
ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №_______________________________
г.______________________________________________________________
ТЕМА ______________________________________________________________
____________________________________________________________________
СТУДЕНТА ________________________________________________________
(Фамилия, имя, отчество)
КУРС ________________________ ГРУППА _______________
Подпись студента ____________
Отчет проверен « » __________
Оценка работы _______________
Подпись преподавателя _______
Москва, 2007 г.
Калошин Юрий Аркадьевич
Оборудование отрасли.
Технологическое оборудование отрасли
(маслодобывающих и жироперерабатывающих предприятий)
Лабораторный практикум
Подписано к печати:
Тираж:
Заказ №