ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6749| Title: | Розробка комплексу заходів із автоматизації роботи зернового екструдера марки BRONTO Е-1000 |
| Authors: | Філімонова, Надія Вікторівна Карданець, Анатолій Олександрович |
| Keywords: | зерновий екструдер;продуктивність;автоматизація;експериментальні дослідження;частотний перетворювач |
| Issue Date: | 2025 |
| Abstract: | Кваліфікаційна робота магістра складається зі вступу, 6 розділів, висновків, списку використаних джерел. Роботу викладено на 78 сторінках, містить 26 рисунків, 1 таблицю. Метою досліджень є покращення експлуатаційних властивостей екструдера завдяки автоматизації процесу переналагодження режимів роботи шляхом конструктивного вдосконалення. Об’єкт досліджень – зерновий екструдер та процес переналагодження його режимів роботи. Предмет дослідження – автоматизація процесу переналагодження режимів роботи екструдера, вплив кінематичних параметрів екструдера на його продуктивність. Для досягнення поставленої мети в роботі вирішувались такі задачі: - проаналізувати стан і дати оцінку способам підвищення рівня автоматизації екструдера; - експериментально дослідити вплив кінематичних параметрів екструдера на його продуктивність; - на підставі результатів аналітичного дослідження запропонувати нове конструктивне виконання кінематичної схеми екструдера, здатне забезпечити автоматизовану зміну режимів його роботи; - розробити нове конструктивне виконання елементів вихідного вузла з метою автоматизації процесу переналагодження режимів роботи екструдера. Для розв’язання визначених задач в роботі були використані теоретичні та експериментальні методи досліджень. Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному: виявлено закономірність впливу кутової швидкості обертання шнеку екструдера на його продуктивність при різній вологості сировини. Практичне значення одержаних результатів: - розроблено конструкцію кінематичної схеми та робочих органів екструдера, використання яких дозволяє автоматизувати процес переналагодження температури екструдування сировини; - розроблено конструкцію пристрою для автоматизованого зміщення філь'єри вихідного вузла; - розроблено схему автоматизації переналагодження режимів роботи екструдера. В кваліфікаційній роботі магістра розроблено конструкцію зернового екструдера. Проведено огляд відомих літературних джерел та виконано аналіз конструкцій екструдерів. Виконано технологічний та кінематичний розрахунки. Виконано наукові дослідження впливу кінематичних параметрів екструдера на його продуктивність. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6749 |
| Appears in Collections: | 133 Галузеве машинобудування (Обладнання переробних і харчових виробництв) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| КРМ Карданець.pdf Restricted Access | 2.46 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
(повне найменування вищого навчального закладу)
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
(повна назва факультету)
Кафедра проектування харчових виробництв та верстатів нового покоління
(повна назва кафедри)
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
до кваліфікаційної роботи магістра
на тему: «Розробка комплексу заходів із автоматизації
роботи зернового екструдера марки BRONTO Е-1000»
Другий (магістерський)
(освітньо-кваліфікаційний рівень)
мПВ43.133025.000 ПЗ
Виконав: здобувач вищої освіти
2 курсу, групи мПВ-43
спеціальності 133 Галузеве машинобудування
(шифр і назва спеціальності)
Обладнання переробних і харчових виробництв
(освітня програма)
Анатолій КАРДАНЕЦЬ
(ім’я та прізвище)
Керівник Надія ФІЛІМОНОВА
(ім’я та прізвище)
Рецензент Олександр КАРМАЗИН
(ім’я та прізвище)
Черкаси 2025
2
3
РЕФЕРАТ
Кваліфікаційна робота магістра складається зі вступу, 6 розділів,
висновків, списку використаних джерел. Роботу викладено на 78 сторінках,
містить 26 рисунків, 1 таблицю.
Метою досліджень є покращення експлуатаційних властивостей
екструдера завдяки автоматизації процесу переналагодження режимів роботи
шляхом конструктивного вдосконалення.
Об’єкт досліджень – зерновий екструдер та процес переналагодження
його режимів роботи.
Предмет дослідження – автоматизація процесу переналагодження
режимів роботи екструдера, вплив кінематичних параметрів екструдера на його
продуктивність.
Для досягнення поставленої мети в роботі вирішувались такі задачі:
- проаналізувати стан і дати оцінку способам підвищення рівня
автоматизації екструдера;
- експериментально дослідити вплив кінематичних параметрів
екструдера на його продуктивність;
- на підставі результатів аналітичного дослідження запропонувати
нове конструктивне виконання кінематичної схеми екструдера, здатне
забезпечити автоматизовану зміну режимів його роботи;
- розробити нове конструктивне виконання елементів вихідного
вузла з метою автоматизації процесу переналагодження режимів роботи
екструдера.
Для розв’язання визначених задач в роботі були використані теоретичні
та експериментальні методи досліджень.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному: виявлено
закономірність впливу кутової швидкості обертання шнеку екструдера на його
продуктивність при різній вологості сировини.
Практичне значення одержаних результатів:
4
- розроблено конструкцію кінематичної схеми та робочих органів
екструдера, використання яких дозволяє автоматизувати процес
переналагодження температури екструдування сировини;
- розроблено конструкцію пристрою для автоматизованого зміщення
філь'єри вихідного вузла;
- розроблено схему автоматизації переналагодження режимів роботи
екструдера.
В кваліфікаційній роботі магістра розроблено конструкцію зернового
екструдера.
Проведено огляд відомих літературних джерел та виконано аналіз
конструкцій екструдерів. Виконано технологічний та кінематичний розрахунки.
Виконано наукові дослідження впливу кінематичних параметрів екструдера на
його продуктивність.
Ключові слова: зерновий екструдер, продуктивність, автоматизація,
експериментальні дослідження, частотний перетворювач.
ABSTRACT
The master's qualification work consists of an introduction, 6 chapters, conclusions, a
list of sources used. The work is presented on 78 pages, contains 26 figures, 1 table.
The purpose of the research is to improve the operational properties of the extruder
by automating the process of adjusting the operating modes through constructive
improvement.
The object of the research is a grain extruder and the process of adjusting its
operating modes.
The subject of the research is the automation of the process of adjusting the operating
modes of the extruder, the influence of the kinematic parameters of the extruder on its
productivity.
To achieve the set goal, the following tasks were solved in the work:
- to analyze the state and evaluate the methods of increasing the level of automation
of the extruder;
5
- to experimentally investigate the influence of the kinematic parameters of the
extruder on its productivity;
- based on the results of the analytical study, to propose a new constructive
implementation of the kinematic scheme of the extruder, capable of ensuring an
automated change in its operating modes;
- to develop a new design of the elements of the output unit in order to automate the
process of adjusting the extruder operating modes.
To solve the specified tasks in the work, theoretical and experimental research
methods were used.
The scientific novelty of the results obtained is as follows: the regularity of the
influence of the angular speed of rotation of the extruder screw on its productivity at
different raw material humidity was revealed.
The practical significance of the results obtained:
- the design of the kinematic scheme and working elements of the extruder was
developed, the use of which allows automating the process of adjusting the
temperature of the extrusion of raw materials;
- the design of a device for automated displacement of the output die was developed;
- a scheme for automating the adjustment of the extruder operating modes was
developed.
In the master's qualification work, the design of a grain extruder was developed.
A review of known literary sources was conducted and an analysis of extruder
designs was performed. Technological and kinematic calculations were performed.
Scientific research has been carried out on the influence of the kinematic parameters
of the extruder on its productivity.
Keywords: grain extruder, productivity, automation, experimental research,
frequency converter.
6
ЗМІСТ
ВСТУП .............................................................................................................................................. 8
РОЗДІЛ 1.ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ КОНСТРУКЦІЙ І
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧІ ВДОСКОНАЛЕННЯ ЕКСТРУДЕРА ................................. 9
РОЗДІЛ 2.ОПИС ПРОПОЗИЦІЇ. КОНСТРУКЦІЯ18
І ПРИНЦИП ДІЇ МАШИНИ………………………………………………………18
РОЗДІЛ 3. РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА ............................................................... 22
3.1 Технологічні розрахунки екструдера .......................................................................... 22
3.2 Енергетичні розрахунку екструдера.............................................................................. 24
3.3. Кінематичні розрахунки екструдера ............................................................................ 25
3.4 Розрахунки екструдера на міцність ............................................................................... 30
3.5 Розрахунок підшипників шпинделя ............................................................................ 40
РОЗДІЛ 4. АВТОМАТИЗАЦІЯ РОБОТИ ЕКСТРУДЕРА Е-1000 ........................... 43
4.1. Принцип роботи системи керування ................................................................ 43
4.2. Аналіз вимог до програми керування режимами роботи екструдера ........... 48
4.3. Вибір програмних засобів підготовки та відлагодження
керуючої програми 49
4.4. Вибір частотного перетворювача ..................................................................... 53
4.5. Вибір керуючого пристрою ............................................................................... 56
4.6. Вибір та обґрунтування структурної схеми пристрою ................................... 60
4.7. Розробка керуючої програми ............................................................................ 60
4.8. Моделювання роботи з керуючою програмою ............................................... 61
РОЗДІЛ 5. НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ РОЗДІЛ ...................................................... 63
РОЗДІЛ 6. МОНТАЖ, ЕКСПЛУАТАЦІЯ ТА ТЕХНІЧНЕ
ОБСЛУГОВУВАННЯ ЕКСТРУДЕРА ................................................................................ 71
ВИСНОВКИ .................................................................................................................................. 76
СПИСОК ЛІТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛ .............................................................................. 777
7
ВСТУП
В сучасних умовах до діяльності виробничих підприємств висуваються
високі вимоги до якості, зручності в використанні, надійності, дизайну
випущеної продукції. Причому продажність і конкурентна спроможність
виробів підприємства напряму залежить від повноти таких вимог та їх
жорсткості. Необхідність такого підходу обумовлюється сучасними
тенденціями розвитку ринку і нових технологій виробництва.
Поряд із визначеними параметрами велике значення мають ефективність
обладнання, енергоємність і трудоємність процесу виготовлення на ньому
продукції.
Серед галузей сільськогосподарської промисловості одну із провідних
позицій займає переробка зернових культур в корма для тваринницького
господарства. Одним з нових і добре зарекомендованим видом кормів є
екструдування фуражного зерна (пшениця, кукурудза, горох, ячмінь, соя). Слід
зазначити, що екструдер також широко використовуються для добування олії з
сої.
Екструзійна технологія з’явилась в ХІХ столітті в Великобританії,
германії і США і використовувалась для переробки пластмас, виготовлення
ізоляції електропроводу. Екструзійну технологію для виготовлення кормів
почали використовувати в 50-х роках ХХ ст. в США. На сьогоднішній день
екструдер – це саме ефективне обладнання по якості, енергозбереженню і
трудоємкості процесу переробки зернових культур на корма тваринам.
Широке використання екструдерів, висока їх вартість та значення для
кількості та якості виготовленої продукції обумовлює необхідність подальшого
пошуку шляхів підвищення надійності, вдосконалення обладнання, збільшення
строку його служби.
8
РОЗДІЛ 1. ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ КОНСТРУКЦІЙ
І ПОСТАНОВКА ЗАДАЧІ ВДОСКОНАЛЕННЯ ЕКСТРУДЕРА
Екструдер, як відомо, внаслідок свого інтенсивного діяння на
оброблювану сировину, дозволяє замінити цілу низку машин, що виконують
основні технологічні операції – подрібнення, змішування, пластифікацію,
пресування. Це обумовлює високу економічну рентабельність використання
екструдерів. Але в той же час екструдерам властиві недоліки, які звертають на
себе значну увагу. До них відносяться – висока енергоємність процесу, низька
довговічність та висока вартість конструкції. Вирішення вказаних проблемних
задач дозволить підвищити технічний рівень екструдерів і, зважаючи на їх
широке використання, заощадити значні матеріальні ресурси.
Задля досягнення суттєвого підвищення технічного рівня екструдерів
доцільно обрати той тип конструкції, який найбільш сприятиме поставленій
меті. Але обґрунтоване порівняння відомих конструкцій ускладнене через те,
що на даний час відсутні відповідні критерії оцінки та недостатньо
систематизовано відомості про властивості конструкцій.
Таким чином, видом конструкції екструдера, найбільш перспективної для
подальшого вдосконалення (або найбільш технічно досконалої на даний час), є
саме одношнековий екструдер, який, до того ж, є найбільш поширеним у
практичному використанні. З огляду на це було проведено системний аналіз
конструкції одношнекового екструдера з метою визначення можливих
напрямків її вдосконалення.
Екструзія - короткочасний високотемпературний процес, який з успіхом
використовується як в харчовій так і в комбікормовій промисловості. Принцип
дії екструдерів визначається самою сутністю технологічного процесу екструзії.
Екструзія — складний фізико-хімічний процес, який проходить під дією
механічних сил при умові присутності вологи і високої температури.
Оброблюваний продукт нагрівається за рахунок переведення механічної
енергії в тепло, що виділяється при подоланні внутрішнього тертя і пластичної
9
деформації продукту (автогенний режим роботи) або за рахунок зовнішнього
нагріву (політронний режим роботи).
Змінними параметрами процесу екструзійної обробки є склад сировини,
її природа, вологість. У процесі екструзії можливі зміни температури, тиску,
тривалості та інтенсивності впливу на сировину. Відомі три основні методи
екструзії - це холодна формовка, теплова обробка і формування і так звана
«гаряча» екструзія.
Екструдер складається (рис. 1.1) з рами 1, ротора 2, гвинтової частини 3,
приводу 4, бункера 5, живильника 6, отсекателя 7, системи подачі води 8, ящик
управління 9.
Рисунок 1.1 - Робочий орган екструдера:
1 – шнеки; 2 – підпірні шайби; 3 – вал(шпилька); 4 – конусна головка; 5 –
гільза; 6 – конусна гайка з втулкою.
Рама 1 являє собою зварену конструкцію. На ній встановлений
електродвигун приводу, передає обертання ротору через клинопасову передачу.
Ротор служить для передачі обертального руху гвинтової частини 3 від
електродвигуна приводу 4 і складається з корпусу 10, вала 11 з підшипниками
52, 53 і 54. Для регулювання осьового зазору в підшипнику 52 слугує гайка 55,
яка стопориться двома планками 56. Пробки 57 і 58, 69 слугують відповідно для
10
заливки і зливу масла. Рівень масла в роторі контролюється масловказівником
59. Трубка 60 служить для перепуску масла прокачуваного підшипником 52.
Гвинтова частина призначена для транспортування, дроблення,
перемішування перероблюваного продукту.
Гвинтова частина при складанні для переробки зерна складається з
гвинтів 12 (1 шт.), 13 (5 шт.), підпірних шайб 14 (1 шт.), 15 (3 шт.),
компенсаційних шайб 16, зібраних на валу 11 і стягнутих наконечником 17 з
лівою різьбою, вхідного 18, проміжних 19, вихідного 20 стаканів, стягнутих
хомутами 21.
У стакани 18, 19 вбудовані гільзи 22, 51, 23. Гільза 51 має отвір під
клапан 34, на останньому проміжному стакані встановлений датчик
температури 35.
Вихідний стакан 20 має різьбовий отвір, в якому встановлена гайка 24 з
вихідною втулкою 25. Стакан 18 і гільза 22 мають суміщені отвори для
установки приймальної воронки 26.
Передача крутного моменту від валу 11 вінтам12,13 і шайбам 14, 15, 16
здійснюється через шпонки 27, 28, 29. На внутрішній поверхні гільз 22, 23, 51
виконані поздовжні ребра для забезпечення руху маси уздовж осі гвинтової
частини.
Для виключення провороту стаканів відносно один одного передбачені
штифти 30. Гвинти 31 служать для осьової фіксації гільз 22, 23, 51. У районі
підпірних шайб встановлені кільця 32, 33. На вхідному стакані 18 розміщений
клапан 34 служить для вприску води в гвинтову частину.
Для реалізації процесу екструзії застосовується шнековий екструдер,
основним робочим органом якого є шнек спеціальної конструкції що
обертається в циліндричному корпусі. На виході з корпусу встановлена
формоутворююча матриця.
Характерними особливостями конструкції робочої частини екструдера є
те, що камери й шнеки змонтовані відповідно до поставлених технологічними
завданнями. Відрізняють завантажувальну камеру, в яку вводиться сировину і
різні добавки, закриті камери з отворами для вимірювання температури і тиску,
11
а також для введення рідких добавок і відбору проб. На шнеки можуть
встановлюватися різні елементи, що дає можливість створювати додатковий
опір переміщенню продукту і перемішувати його в процесі переміщення.
Робочу частину екструдера з урахуванням стадій процесу обробки можна
умовно розділити на три зони:
I - зона прийому сировини;
II - зона пластифікації і стиснення;
III - зона випресовування продукту.
Існує цілий ряд конструкцій робочої частини шнекових екструдерів:
а) Одинарні шнеки, в тому числі:
- циліндричний шнек з постійним кроком;
- циліндричний шнек зі змінним кроком;
- наявність гвинтової лінії в кожусі шнека;
- конічний шнек;
- конічний шнек з кроком, що зменшується до виходу з екструдера.
б) Здвоєні шнеки, що не входять в зачеплення, в тому числі:
- шнеки, що обертаються в одному напрямку;
- шнеки, що обертаються в різних напрямках.
в) Здвоєні шнеки, що входять у зачеплення, в тому числі:
- шнеки, що обертаються в одному напрямку і самоочищаються;
- шнеки, що обертаються в різних напрямках і частково самоочищаються.
Принцип дії екструдерів полягає в тому, що в частинках зерна,
розміщених в закритій камері, при нагріванні за рахунок випаровувань вологи,
що мається на них, зростає внутрішній тиск. Миттєва розгерметизація камери
призводить до розширення пароповітряної суміші і викликає збільшення обсягу
частинок зерна.
Робоча частина екструдеру складається з набору шнеків ( поз.1), між
якими в певній послідовності розміщені підпірні шайби (поз.2), набір шнеків і
шайб кріпиться на шпильці (поз. 3) з допомогою болта з конусної голівкою
(поз. 4). Внутрішня поверхня робочої частини гільз (поз.5) має поздовжні
канали, що виключають обертання продукту в процесі його переміщення. На
12
виході кожуха вбудована зазвичай конусна гайка (поз.6) з отвором.
Температура продукту що переробляється регулюється зміною зазору між
конусами болта кріплення шнеків і вихідний гайки, або зміною діаметра
вихідного отвору.
В лінії виробництва повнораціонних екструдованих комбікормів, новим є
те, що вона містить роторні дозатори, бункер для зберігання крохмаловмісткіх
компонентів, бункер для зберігання жировмістких компонентів і бункер для
зберігання суміші з білково-вітамінних добавок і крейди, причому бункер для
зберігання крохмаловмістких компонентів з’єднаний за допомогою дозатора з
робочою камерою екструдера, бункер для зберігання жировмістких
компонентів з’єднаний за допомогою дозатора з екструдером, що має
додаткову масловідділяючу насадку, з'єднану з ємністю для стабілізації
жирової суміші, обидва екструдера послідовно з’єднані зі жмихоломачем і
прес-гранулятором, прес-гранулятор з’єднаний з апаратом для нанесення
стабілізованого рослинного масла, при цьому апарат для нанесення
стабілізованого рослинного масла з’єднаний з ємністю для стабілізації жирової
суміші і дражировочним апаратом, дражировочний апарат з’єднаний за
допомогою дозатора з бункером для зберігання суміші з білково-вітамінних
добавок і крейди, фасувально-пакувальним апаратом і жмихоломачем, крім
того, роторні дозатори встановлені в нижній частині бункерів, ємність для
стабілізації жирової суміші оснащена закритою турбінної мішалкою яка
обертається, вона має форму колеса з криволінійними лопатками, закріпленого
на вертикальному валу, апарат для нанесення стабілізованого рослинного масла
являє собою корпус, усередині якого розміщений стрічковий транспортер, над
яким встановлено форсунки для розпилення олії над шаром екструдованих
гранул, що знаходяться на верхній стрічці транспортера, а дражировочний
барабан виконаний похилим, розміщений в корпусі і його розвантажувальна
частина виконана перфорованою для поділу продукту на фракції.
На кресленні зображений загальний вид лінії виробництва
повнораціонних екструдованих комбікормів.
13
Лінія (рис. 1.2) виробництва повнораціонних екструдованих комбікормів
(креслення) містить бункери для зберігання крохмаловмістких компонентів 1
(пшениця, тритикале, жито і т.д.), бункери для зберігання жировмістких
компонентів 2 (соя, ріпак, сорго і т.д.), бункери для зберігання суміші з білково-
вітамінних добавок, преміксів і крейди 3 до встановлених в їх нижній частині
роторними дозаторами, екструдер 4 з додатковою масловідокремлюючою
насадкою 13, екструдер 5, жмихоломач 6, прес-гранулятор 7, ємність для
стабілізації жирової суміші 8, апарат для нанесення стабілізованого рослинного
масла 9 з форсунками 10, дражировочнай барабан 11 для нанесення суміші
білково-вітамінних добавок, преміксів і крейди, фасувально-пакувальний
автомат 12. Ємність для стабілізації жирової суміші 8 оснащена обертається
закритою турбінної мішалкою яка обертається 14, яка має форму колеса з
криволінійними лопатками, укріпленого на вертикальному валу 15. При цьому
в ємності 8 створюються переважно радіальні потоки рідини. Поряд з
радіальним потоком виникає тангенціальне (круговий) протягом суміші
рослинного масла і стабілізатора і освіту воронки. У цьому випадку в ємності 8
встановлюють відбивні перегородки. Цим забезпечується інтенсивне
перемішування у всьому обсязі ємності 8. Потужність, споживана турбінною
мішалки, що працює в ємності з відбивними перегородками, при
турбулентному режимі перемішування практично не залежить від в'язкості
середовища. Тому мішалки цього типу можуть застосовуватися для сумішей,
в'язкість яких під час перемішування змінюється. Закриті турбінні мішалки
створюють більш чітко виражений радіальний потік.
Апарат для нанесення стабілізованого рослинного масла 9 являє собою
корпус, усередині якого розміщений стрічковий транспортер 16. Над
стрічковим транспортером 16 встановлені форсунки 10 для розпилення
стабілізованого рослинного масла, що надходить з ємності 8, над шаром
екструдованих гранул, що знаходяться на верхній стрічці транспортера.
14
Рисунок 1.2 - Лінія виробництва екструдованих комбікормів
Дражировочний барабан 11 для нанесення суміші білково-вітамінних
добавок, преміксів і крейди є похилий барабан, який обертається, що
знаходиться в корпусі. Розвантажувальна частина барабана 11 виконана
перфорованою для стікання і подальшого видалення дрібної (проходовою)
частини гранул в конфузор, а також надмірної кількості суміші білково-
вітамінних добавок і рослинного стабілізованого масла. У завантажувальну
воронку 17 барабана 11 також подаються екструдовані гранули з нанесеним на
їх поверхню олією і сумішшю білково-вітамінних добавок, преміксів і крейди.
Пропонована лінія виробництва повнораціонних екструдованих
комбікормів працює наступним чином (креслення).
Вихідні крохмаловмісткі компоненти (різне зернова сировина заданого
фракційного складу з початковою вологістю 12 ... 14%), що зберігаються в
бункері 1, подаються дозатором і через завантажувальний патрубок надходять в
робочу камеру екструдера 5. Чим включається привід і обертається шнек
екструдера 5 починає захоплювати і переміщати продукт, який послідовно
проходить через зони завантаження, змішування, гомогенізації і дозування.
Одночасно вихідні жировмісткі компоненти (різне зернова сировина
заданого фракційного складу з початковою вологістю 12 ... 14%), що
15
зберігаються в бункері 2, подаються дозатором в робочу камеру екструдера 4.
Чим включається привід і обертається шнек екструдера 4 починає захоплювати
і переміщати продукт в матричну зону , де встановлена масловідокремлююча
насадка 13. Віджате рослинне масло надходить в ємність 8 для стабілізації
жирової суміші, де змішується з поданими в неї стабілізаторами (фумарова,
аскорбінова кислота і т.д.).
Необхідність віджимання жировмістких компонентів з різної зернової
сировини (соя, ріпак, сорго і т.д.) і подальшого їх нанесення на поверхню
екструдованих гранул обумовлена тим, що для нормального протікання
процесу екструзії зміст жировміских компонентів у вихідній зерновій сировині
не повинно перевищувати 6%. В іншому випадку різко знижується ефект
дисипації, тобто перетворення механічної енергії в теплову за рахунок сил
тертя, і зернова сировина не піддається вспучуванню.
Рослинна олія і стабілізатори надходять в ємність 8 паралельно осі вала,
отримана суміш відкидається мішалкою в радіальному напрямку і піддається
інтенсивному перемішуванню з емульгуючим (подрібнюючим жирові кульки)
ефектом.
Екструдовані крохмаловмісткі компоненти з екструдера 5 і макуха з
екструдера 4 направляються для подрібнення в жмихоломач 6 і потім в прес-
гранулятор 7, в якому з суміші компонентів формуються гранули. Потім
гранули подають в апарат для нанесення стабілізованого рослинного масла 9, в
якому, переміщаючись по поверхні транспортера, гранули обробляються
стабілізованими жирами, які надходять з ємності 8 для стабілізації жирової
суміші через форсунки 10.
Далі оброблені гранули подаються в дражировочний апарат 11, в який
також надходить суміш з білково-вітамінних добавок, преміксів і крейди з
бункера 3. За рахунок високої адгезії (сил поверхневого зчеплення) суміш з
білково-вітамінних добавок, преміксів і крейди рівномірно наноситься на
поверхню гранул. У зв'язку з тим, що розвантажувальна частина
дражировочний барабана 11 виконана перфорованої, в ній відбувається поділ
продукту на фракції. Сходова фракція направляється на фасувальний автомат
16
12. Проходова фракція (дрібні фракції) просівається крізь сито, надходить в
конфузор для збору дрібних фракцій. Потім вона направляється в жмихоломач
6 для їх подальшої переробки.
Таким чином, використання лінії дозволить:
- Розширити асортимент багатокомпонентних комбікормів заданої харчової
цінності, адаптованих для різних видів тварин і риб;
- Підвищити харчову цінність багатокомпонентних комбікормів шляхом
спрямованого регулювання за рахунок застосування сировини різного складу.
Лінія виробництва повнораціонних екструдованих комбікормів, що
характеризується тим, що вона містить маючі роторні дозатори бункер для
зберігання крохмаловмістких компонентів, бункер для зберігання жировмістких
компонентів і бункер для зберігання суміші з білково-вітамінних добавок і
крейди, причому бункер для зберігання крохмаловмістких компонентів
сполучений за допомогою дозатора з робочою камерою екструдера.
Актуальною є розробка комплексу заходів для забезпечення
автматичного регулювання параметрів роботи екструдера.
17
РОЗДІЛ 2. ОПИС ПРОПОЗИЦІЇ. КОНСТРУКЦІЯ І ПРИНЦИП ДІЇ
МАШИНИ
Екструдер марки Е-1000 призначений для виробництва комбікормів для
сільськогосподарських і свійських тварин, птиці і риби, а також для
виготовлення повножирного шроту сої, ріпаку та соняшнику з підвищеною
засвоюваністю та очищенням від шкідливих мікроорганізмів і речовин.
Екструдер дозволяє переробляти зерно та крупу пшениці, жита,
кукурудзи, ячменю, гороху, бобів сої та ріпаку, соняшнику, відходів
м'ясопереробки.
В верхній частині екструдера (рис. 2.1) встановлено накопичувальний
бункер з похилими бічними стінками поз.1. Бункер необхідний для створення
запасу сировини що забезпечує безперебійну роботу машини протягом 1-2
годин, в залежності від виду сировини. Для візуального контролю кількості
сировини в бункері встановлені 2 оглядові вікна поз.2. Під бункером
встановлений шнековий живильник поз.3, який подає сировину з бункера в
воронку поз.4 робочого органу екструдера.
Живильник має електричну схему керування швидкістю обертання шнека
поз.5, що дає можливість регулювати величиною подачі сировини
живильником з пульта керування машиною поз.6. В якості приводу шнекового
живильника використаний мотор-редуктор NMRV075 італійської фірми
MOTOVARIO поз.7, що має можливість регулювання частоти обертання через
електричну схему.
18
Рисунок 2.1 - Загальний вид екструдера марки Е-1000
19
Робочий орган екструдера поз. 8 складається з набору шнеків і гріючих
шайб що затиснуті на валу. Сам робочий орган тримається на шпиндельному
вузлі поз. 9 консольно. Набір шнеків і шайб набраний на вихідному кінці
шпиндельного вузла.
Головний привід екструдера це електродвигун поз.10 потужністю 55 кВт.
Електродвигун передає обертовий момент через клинопасову передачу поз.11
на шпиндельний вузол поз.9. Електродвигун встановлений на рамці натяжного
пристрою поз.12, що дає змогу контролювати натяг пасів клинопасової
передачі. Клинопасова передача закрита захисним кожухом поз.19.
Після шнекового живильника встановлена приймаюча воронка робочого
органу поз.4. В воронці встановлений магнітний уловлювач поз.13, який
вловлює інородні металічні предмети, що можуть випадково потрапити в
сировину. На виході робочого органу встановлений відкидний відсікач
екструдату поз.14. Відсікач встановлений на поворотному кронштейні поз.15 і
має свій приводний електродвигун поз.16.
В робочий орган подається вода під примусовим вприском через клапан
поз.17, вода надходить з загальної мережі водопостачання. Для очистки води,
виміру і регулювання подачі води встановлена система подачі води поз.18.
Також в робочому органі встановлено електричні датчики виміру температури
поз.20.
Всі схеми запуску електродвигунів, електронні схеми керування і
контролю екструдера встановлені в електрошафі поз.6. Всі вузли екструдера
закріплені на складній зварній рамі поз. 21.
Загальні технічні характеристики екструдера Е-1000:
Продуктивність при переробці зернових і гороху, до кг/год 1000
Продуктивність при переробці сої, до кг/год 1000
Продуктивність при переробці відходів тваринництва, до кг/год 500
Потужність встановлена, кВт/год 92,5
Довжина, мм 2500
20
Ширина (з відсікачем), мм 2600
Висота, мм 2000
Вага, кг 2200
Гарантійний строк експлуатації швидкозношуваних деталей,
400
годин
Гарантійний строк експлуатації, місяців 12
зернова, соєва,
Комплектації:
універсальна,
Рисунок 2.2 - Екструдер Е-1000А
Прес шнековий екструдер розрахований на тривалий термін експлуатації.
Частковий знос вузлів і деталей, які безпосередньо прилягають до
перероблюваної сировини настає після переробки близько 600 тонн насіння.
Він може настати набагато раніше при переробці споживачем сировини дуже
низькою олійності і підвищеної засміченості (з піском, піщаним пилом та
іншими твердими домішками).
21
РОЗДІЛ 3. РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА
3.1 Технологічні розрахунки екструдера
Для проектування шпиндельного вузла необхідно спочатку визначити
навантаження що діють на нього. Навантаження в спрощеному вигляді можна
привести до схеми вказаної на рис. 3.1.
Рисунок 3.1 - Схема навантажень і реакцій підшипників шпинделя
В наведеній схемі вказано основні діючі сили:
F – радіальна рівнорозподілена сила в робочій шнековій частині;
Fо – осьова сила в шнековій частині;
Р – сила від ваги робочого органу;
F1о – сила реакції сферичного радіально-упорного підшипника;
F1х – сила реакції дворядного сферичного шарикопідшипника
№1 по осі х;
F1у – сила реакції дворядного сферичного шарикопідшипника
№1 по осі у;
F2х – сила реакції дворядного сферичного шарикопідшипника
22
№2 по осі х;
F2у – сила реакції дворядного сферичного шарикопідшипника
№2 по осі у;
Fрх – сила дії клиноремінної передачі по осі х;
Fру – сила дії клиноремінної передачі по осі у;
Продуктивність шнекової частини екструдера, кг/год:
D 2
П 6 10 4 t nв р С С
4 ,
де D – зовнішній діаметр шнека, D = 0,133 м;
t – крок шнека, t = 0,048 м;
nв – частота обертання шнека, хв-1.;
γр – щільність перероблюваного продукту, для сої γр = 0,6 т/м3;
φ – коефіцієнт наповнення поперечного робочого перерізу, φ = 0,3 ;
Сβ – коефіцієнт що залежить від кута нахилу осі шнеків до горизонту,
Сβ = 1 ;
Со – коефіцієнт що враховує запор в гріючих шайбах екструдера, Со = 0,5.
Частота обертання шнека:
D1 (1 ) 0,242 (1 0,02)
nв nдв 1440 525
D2 0,65 ,
де nдв - частота обертання двигуна, nдв = 1440 хв-1;
D1 – діаметр ведучого шківа, D1 = 0,242 м;
D2 – діаметр відомого шківа, D2 = 0,65 м;
ε – коефіцієнт пружного ковзання, ε = 0,02.
Тоді продуктивність, кг/год:
3,14 0,133 2
П 6 10 4 0,048 525 0,6 0,3 10,5 1889
4 .
23
3.2 Енергетичні розрахунку екструдера
Необхідна потужність на валу шнекової частини, кВт:
nу П
Nо (Lp o ш k)
367 ,
де nу - коефіцієнт запасу, nу = 1,4;
Lp - довжина шнекової частини, L = 1,05 м;
ωо - коефіцієнт спротиву руху продукту, ωо = 4,;
σш - значення зусилля проходження продукту через гріючу шайбу,
σш = 0,4;
k – кількість гріючих шайб в екструдері, k = 4.
Тоді потужність на валу:
1,4 1889
Nо (1,05 4 0,4 4) 41,8
367 .
Крутячий момент на валу шнека, Н·м:
No 41,8
M кр 9750 9750 776,3
nв 525 .
Діюча на вал шнека осьова сила, Н:
М кр
Fо
Ro tg( ) ,
де Ro - радіус, на якому прикладена осьова сила, м.
Визначається за формулою:
D 0,133
Rо (0,7...0,8) 0,75 0,05
2 2 ;
α – кут підйому гвинтової лінії шнека, град.
Визначається за формулою:
t 0,048
tg( ) 0,153 939
2 Ro 2 3,14 0,05 о
24
ρ – приведений кут тертя переміщуваного продукту об гвинтову
поверхню шнека, град.
Визначається за формулою:
tg() f 0,45 2655
, .
де f – коефіцієнт тертя продукту по матеріалу шнека.
Визначаю осьову силу:
776,3
Fо 23998
0,05 tg(939 2655) .
Радіальну складову зусилля на шнеках визначаємо за рис. 3.2:
Рисунок 3.2 - Схема сил діючих на виток шнека
Згідно з рисунком радіальна сила визначиться за формулою, Н:
F Fo tg( ) 23998 tg(939) 3665 ,8
Сила від ваги робочого органу екструдера визначаю з формули, Н:
P mi g 1269,81235
,
де ∑mi - сумарна маса деталей, кг. ∑mi =146кг ;
g – гравітаційна стала, g = 9,8.
Для визначення, діючих на шпиндель, складових сил від клиноремінної
передачі необхідно виконати розрахунок самої клиноремінної передачі.
3.3. Кінематичні розрахунки екструдера
Передаточне відношення передачі:
25
nдв 1440
u 2,75
nв 525 .
Діаметр ведучого шківа визначається по емпіричній формулі, мм :
P
dдв (700...800) дв
3
n ,
дв
де Pдв – потужність електродвигуна, Pдв = 55 кВт;
nдв – частота обертання електродвигуна, nдв = 1440 хв-1;
На екструдері встановлений електродвигун АМУ250М4У2, його
параметри Pдв = 55 кВт, n -1
дв = 1440 хв .
Діаметр ведучого шківа:
55
d 3
дв (700...800) 235...269
1440 , приймаємо dдв = 242 мм.
Діаметр більшого шківа (веденого) dв визначається з урахуванням
відносного ковзання паса ε:
d в dдв i 1 242 2,75 (1 0,02) 652 , приймаю dв = 650мм
Міжосьова відстань назначається в інтервалі:
amin 0,55dдв d в T0 0,55(242 650) 13,5 504
amax 2 (d1 d2 ) 2 (242 650) 1784
де Т0 – висота перерізу паса, виходячи з потужності яка передається
приймаємо переріз паса, Т0 = 13,5 мм.
Приймаємо враховуючи розміщення електродвигуна і можливість
натяжки пасів а = 1000мм.
Довжина паса визначається за формулою:
2
d 2
L 2a 0,5 d d в dдв (650 242)
дв в 2 1000 0,5 3,14(242 650) 3442 ,06
4a 4 1000
де а = 1000 – міжосьова відстань, мм.
Отримане значення округляємо до стандартного, за таблицею:
L 3550.
Уточнюємо міжосьову відстань:
26
2
a 0,25Lp w Lp w 2y 0,2535501400 (35501400)2 2 1664641055
де Lр – розрахункова довжина паса;
w 0,5 dдв d в 0,5 3,14 (242 650) 1400 ;
y 2
dв dдв (650242)2 166464 .
Кут захоплення меншого шківа визначається за формулою:
d d 650 242
0
дв 180 60 в дв 180 60 15647
a 1055 .
Швидкість руху паса, м/с:
dдв nдв 3,14 242 1440
18,2
60 1000 60 1000 .
Число пасів, що необхідне для передачі заданої потужності визначаємо за
формулою:
P
z
Po ko C C C C p ,
де Р0 – потужність, що допускається для передачі одним пасом, кВт,
Р0 = 8,23;
[ko] – коефіцієнт, при числі пробігів ν, с-1:
18,2
5,1
Lp 3,55 ,
[ko] = 1,38;
Сυ – коефіцієнт, що враховує вплив швидкості переміщення паса;
Сp – коефіцієнт режиму роботи, Сp = 0,8;
Сθ - коефіцієнт кута нахилу передачі,
Сθ = 1.
Сα – коефіцієнт кута обхвату.
Визначаємо коефіцієнт швидкості за формулою:
27
C 1,05 0,0005 2 1,05 0,0005 18,22 0,88
.
Визначаємо коефіцієнт кута обхвату за формулою:
C 1 0,003 (180 ) 1 0,003 (180 156,3) 0,93
Розрахуємо число пасів:
55
z 7,4
8,23 1,38 0,93 0,88 10,8 .
Для зручності монтажу та експлуатації передачі рекомендується
обмежувати 8 пасами; якщо ж по розрахунку отримується більше 8, то слід
збільшувати d1 і відповідно d2 або перейти до більшого перерізу паса. В нашому
випадку приймаємо z = 8.
Попередній натяг одного клинового паса визначається, Н:
(2,5C ) P C p 2 (2,5 0,93) 55 0,8
F0 500 mп 500 0,3 18,22 370
z C 8 18,2 0,88
де mп – вага погонного метра паса, mп = 0,3кг/м .
Сила, що діє на вали, Н:
1 156,3
FB 2F0 z sin 2 370 8 sin 5794
2 2 .
Напруження від розтягнення , Н/мм2:
Fr 3022
1 o 0,9 1,72
2 z S p 2 8 230 ,
де Fr – радіальне зусилля, визначається за формулою, Н:
P 55 103
Fr 3022
18,2 ;
Sp – площа перерізу паса, Sp = 230 мм2 ;
σо – напруження від попереднього натягу,
σо = 0,9 Н/мм2.
Напруження згину, Н/мм 2 :
Т 13,5
и E о
и 90 5
Dmin 242 ,
28
де Eи – пружність паса на згин, Eи = 80…100 Н/мм2;
Dmin – мінімальний діаметр шківа передачі, Dmin = dдв = 242 мм.
Напруження від відцентрової сили, Н/мм2:
2 10 6
1,2 10 3 18,22 10 6 0,4 ,
де ρ – густина матеріалу паса, ρ = 1,2·103 кг/м3 .
Максимальне напруження в перерізі паса, Н/мм2 :
max 1 и 1,72 5 0,4 7,12 [ ] p
,
де [σ]p – допустиме значення напруження паса, [σ]p = 10 Н/мм2.
Робочий ресурс пасів, год:
8 8
[ ] p 107 Ci CH 10 7
10 1,7 2
H 0
3928
max 2 3600 7,12 2 3600 18,2
,
Де Ci – коефіцієнт, що враховує вплив передаточного відношення,
Ci = 1,7;
Cн – коефіцієнт що враховує непостійність навантаження,
при перемінному навантаженні Cн =2.
Робочий ресурс не нижче за рекомендований для пасових передач
загального призначення 2000 год, тому приймаємо вибрані параметри без змін.
Шківи клинопасових передач, враховуючи невисоку швидкість обертання до
30м/с, виконуємо із чавуну СЧ20.
Розкладемо сили на горизонтальну і вертикальну складові для розрахунку
сил що діють на шпиндель (див. рис. 3.3 ). Для цього зобразимо схему
розрахованої клинопасової передачі.
Визначаємо горизонтальну складову сили, Н:
Fpx Fв соs( ) 5794 cos(16) 5612
,
де β – кут нахилу передачі до горизонту.
Вертикальна складова сили за формулою, Н:
Fpу Fв sin( ) Pш 5794 sin(16) 627 ,2 2068
,
де Рш - сила від ваги відомого шківа, Н:
Pш mш g 64 9,8 627 ,2
;
29
де mш – вага шківа, mш = 64 кг.
Рисунок 3.3 - Розрахункова схема клинопасової передачі
3.4 Розрахунки екструдера на міцність
За визначеними в попередніх розрахунках даними складаємо остаточну
розрахункову схему валу шпинделя – рисунок 3.4.
Осьову силу реакції опори F1о , приймаємо рівну діючої на неї осьової
сили в шнеках, так як більше немає ніякої опори що може витримувати осьове
навантаження:
F1o Fo 23998 Н
Визначимо реакції в підшипниках виходячи з умови що сума крутячих
моментів в опорах (підшипниках) дорівнює нулю:
30
М1х 0;
М1у 0;
М 2х 0;
М 2 у 0.
Складемо суми моментів для кожного випадку.
Сума моментів вздовж осі Х відносно точки 1:
М1х F2х 0,568Fрх (0,568 0,175) 0
,
звідси знайдемо:
Fрх (0,568 0,175) 5612 (0,568 0,175)
F2х 7341
0,568 0,568 .
Сума моментів вздовж осі У відносно точки 1:
М1у F2у 0,568 Fру (0,5680,175)Р (1,2180,520)F (1,2180,260) 0
,
звідси знайдемо
Fру (0,568 0,175) Р (1,218 0,52) F (1,218 0,26)
F2 у
0,568
2068 (0,568 0,175) 1235 (1,218 0,52) 3660 (1,218 0,26)
4985
0,568
31
Рисунок 3.4 - Розрахункова схема вала шпинделя
32
Рисунок 3.5 - Розрахункова схема вала шпинделя
33
Сума моментів вздовж осі Х відносно точки 2:
М2х F1х 0,568Fрх 0,175 0
,
звідси знайдемо
Fрх 0,175 56120,175
F1х 1729
0,568 0,568 .
Сума моментів вздовж осі У відносно точки 2:
М2у Fру 0,175 F1у 0,568Р (1,2180,520,568)F (1,2180,260,568) 0
звідси знайдемо
Fру 0,175 Р (1,218 0,52 0,568) F (1,218 0,26 0,568)
F1у
0,568
2068 0,1751235 (1,218 0,0520 0,568) 3660 (1,218 0,26 0,568)
11947
0,568
Складаємо вираз для визначення поперечних сил в площині Х, початок
координат розташований з лівого кінця валу.
Qх (х) F1х Н (х 1,218) F2x Н (х 0,1786 ) Fpх Н (х 1,961)
.
Визначимо значення сил в характерних точках, Н:
Qx (0) Qх (0,26) Qх (0,52) Qx (0,6) Qx (1,218 ) 0
;
Qх (1,218 ) F1x 1729
;
Qх (1,786 ) F1x 1729
;
Q (1,786
х ) F1x F2x 1729 7341 5612
;
Qх (1,961 ) F1x F2x 1729 7341 5612
;
Q (1,961х ) F1x F2x Fpx 172973415612 0
.
За визначеними даними будуємо епюру навантаження по осі Х.
Складаємо вираз для визначення поперечних сил в площині У, початок
координат розташований з лівого кінця валу.
34
Qу (х) f (х 0)Н (х 0,3) f (x 0,6)Н (х 0,6) Р Н (х 0,52) F1у Н (х 1,218)
F2 у Н (х 1,786) Fpy Н (х 1,961) .
Визначимо значення сил в характерних точках, Н:
Q у (0) 0
;
Qу (0,3) f (0,3 0) 6100 0,3 1830
;
Qу (0,52 ) f (0,520) 61000,52 3172
;
Q (0,52
у ) f (0,520) Р 61000,521235 4407
;
Qу (0,6) f (0,6 0) Р 6100 600 1235 4895
;
Qу (1,218 ) f (1,218 0) f (1,218 0,6) Р 6100 1,218 6100 (1,218 0,6)
1235 4895
Qу (1,218 ) f (1,218 0) f (1,218 0,6) Р F1y 6100 1,218
6100 (1,218 0,6) 123511947 7052 ;
Q (1786
у ) f (1786 0) f (1786 600) Р F1y 6,11786 6,1 (1786 600)
;
123511947 7052
Qу (1,786 ) f (1,786 0) f (1,786 0,6) Р F1y F2 y 6100 1,786
6100 (1,786 0,6) 123511947 4985 2068 ;
Qу (1,961) f (1,961 0) f (1,961 0,6) Р F1y Fpy 61001,961
6100 (1,961 0,6) 123511947 2068 0
За визначеними даними будуємо епюру навантаження по осі У.
Визначаємо сумарні навантаження від поперечних сил за формулою:
Q(x) [Qх (х)]2 [Q (х)]2
у ;
Тоді
Q(0) 0
;
Q(0,3) Qx (0,3) 1830
;
Q(0,52) Qx (0,52) 3172
;
Q(0,6) Qx (0,6) 4895
;
Q(1,218) [Q (1,218)]2 [Q (1,218)]2 (1729)2 (7025)2
x y 7239
;
Q(1,786) Q(1,961) [Qx (1,786)]2 [Qy (1,786)]2 (5612)2 (7025)2 9012
.
35
За визначеними даними будуємо епюру сумарних навантажень Q.
Складаємо вираз для визначення згинаючих моментів в площині Х,
початок координат розташований з лівого кінця валу.
M х (x) F1х (х 1,218)Н (х 1,218) F2x (х 1,786)Н (х 1,786) Fрх (х 1,961)
Визначимо значення згинаючих моментів в характерних точках, Н·м:
M х (0) M х (0,3) М х (0,52) М x (0,6) M x (1,218) 0
;
M х (1,786) F1х (1,786 1,218) 1729 (1,786 1,218) 982
;
M х (1,961) F1х (1,9611,218) F2х (1,9611,786) 1729 (1,9611,786)
7341 (1,9611,786) 0 ;
За визначеними даними будуємо епюру крутячих моментів по осі Х.
Складаємо вираз для визначення згинаючих моментів в площині У,
початок координат розташований з лівого кінця валу.
f (x 0)2 f (х 0,6)2
M y (x) Н (х 0) Н (х 0,6) Р (х 0,52)Н (х 0,52)
2 2
F1у (х 1,218)Н (х 1,218) F2 у (х 1,786)Н (х 1,786) Fру (х 1,961)Н (х 1,961)
Визначимо значення згинаючих моментів в характерних точках, Н·м:
M у (0) 0 ;
f (0,3 0)2 6100 0,32
M y (0,3) 274,5
2 2 ;
f (0,52 0)2 6100 0,52 2
M y (0,52) 824,7
2 2 ;
f (0,6 0)2 6100 0,62
M y (0,6) Р (0,6 0,52) 1235 (0,6 0,52) 1196 ,8
2 2 ;
f (1,218 0)2 f (1,218 0,6)2 6100 1,2182
M y (1,218) Р (1,218 0,52)
2 2 2
6100 (1,218 0,6)2 ;
1235 (1,218 0,52) 4221,9
2
f (1,786 0)2 f (1,786 0,6)2
M y (1,786) Р (1,786 0,52) F1у (1,7861,218)
2 2
6100 1,7862 6100 (1,786 0,6)2
1235 (1,786 0,52) 11947 (1,7861,218)
2 2
216,4
36
f (1,961 0)2 f (1,961 0,6)2
M y (1,961) Р (1,961 0,52) F1у (1,9611,218)
2 2
6100 1,9612 6100 (1,961 0,6)2
F2 у (1,9611,786) 1235 (1,961 0,52)
2 2
11947 (1,9611,218) 4985 (1,9611,786) 0
Визначимо сумарний момент на валу, Н·м:
М (x) [М х (х)]2 [М (х)]2
у
Тод
M (0) 0;
M (0,3) M у (0,3) 247 ,5
;
M (0,52) M у (0,52) 824,5
;
M (0,6) M у (0,6) 1196 ,8
;
M (1,218) M у (1,218) 4221,9
;
M (1,786) [M (1,786)]2 [M (1,786)]2 9822
x y 216,42 1005,5
.
Визначимо крутячий момент на валу, Н·м:
N 55
T M кр 9750 дв рп 9750 0,97 990
nв 525 .
Визначимо приведений (еквівалентний) момент на валу, Н·м:
М екв М 2 Т 2
Тоді М екв(0) 0;
М екв(0,3) [M (0,3)]2 [Т (0,3)]2 247,52 [990 0,5]2 513
;
М екв(0,52) [M (0,52)]2 [Т (0,52)]2 824,52 [990 0,75]2 1109
;
М екв(0,6) [M (0,6)]2 [Т (0,6)]2 1196,82 9902 1533
;
М екв(1,218) [M (1,218)]2 [Т (1,218)]2 4221,92 9902 4337
;
М екв(1,786) [M (1,786)]2 [Т (1,786)]2 1005,52 9902 1411
;
М екв(1,961) [M (1,961)]2 [Т (1,961)]2 02 9902 990
.
37
Перевіримо переріз валу в небезпечних місцях виходячи з умови
статичної міцності на згин та кручення за формулою, м :
10 М
d екв
3
[ ,
и ]
де [σи] – допустиме напруження згину, для матеріалу вала
Сталь 40Х, діаметр валу більше 100 мм, місце – галтель,
[σи]=70 МПа.
Тоді
10 М екв(0,6) 10 1553
d(0,6) 3 3 0,06 d (0,6) 0,075 d (0,6)
[ ] 70 106 , д
и
що задовольняє умові міцності,
де dд – дійсний діаметр валу в розрахованому перерізі.
10 М екв(1,218) 10 4337
d(1,218) 3 3 0,085 d (1,218) 0,1 d (1,218)
[ ] 70 106 , д
и
10 М
d (1,786) екв (1,786) 10 1411
3 3 0,058 dд (1,786) 0,09 d (1,786)
[ и ] 70 106 ,
10 М (1,961) 10 990
d(1,961) екв
3 3 0,052 dд (1,961) 0,085 d (1,961)
[ и ] 70 106 ,
Всі діаметри валу, вибрані конструктивно при проектуванні вузла,
задовольняють умову статичної міцності.
Розрахунок валу на опір втомі зводиться до визначення коефіцієнту
запасу міцності вала [s] в самому небезпечному перерізі валу. Визначимо
необхідні для розрахунку коефіцієнту значення.
Момент опору на згин перетину вала, мм3;
d 3 3,14 100 3
Wнетто 98125
32 32 ,
де d – діаметр вала в перерізі, мм.
Напруження на згин в даному перерізі, МПа:
38
М 4221,7 103
и 43
W ,
нетто 98125
де М – згинаючий момент в перерізі, згідно побудованих епюр
М=4221,7 Н·м.
Момент опору на кручення перетину вала, мм3;
d 3 3,14 100 3
Wк.нетто 196250
16 16 ,
Напруження на кручення, МПа:
Т 990 103
к 5
W .
к. нетто 196250
Межа витривалості при згині, МПа, за формулою:
1 (0,4...0,45) в 0,4 615 246
,
де σв – границя тимчасового витривалості, для матеріалу вала – Сталь 40Х
σв =615 МПа [10, с.160].
Межа витривалості на кручення, МПа, за формулою:
1 0,25 в 0,25 615 153
.
Коефіцієнт запасу міцності на згин:
s 1 246
3,2
К / К К 1,6 43
а d m 0,05 184 ,
0,7 1,5
де σа – амплітуда циклу при згині, σа = σи = 43МПа;
σm – середнє напруження циклу при згині, МПа, при дії осьової сили на
вал визначається так:
m 0,3 в 0,3 615 184
;
Кσ – ефективний коефіцієнт концентрації напружень при згині,
при D/d = 120/100=1,2 коеф. Кσ = 1,6 [2, табл. 16.2, с. 278];
Кd – коефіцієнт впливу розмірів валу, Кd = 0,7 [2, с. 279];
Кυ – коефіцієнт впливу термообробки, Кυ = 1,5 [2, табл. 16.3, с. 279];
39
ψσ – коефіцієнт чутливості до асиметрії циклу навантажень,
ψσ = 0,05 [2, с. 279].
Коефіцієнт запасу міцності на крученні:
s 1 153
32
К / К К 1,6 2,5
а d m 0,05 4 ,
0,59 1,5
де τа – амплітуда циклу при крученні, τа =0,5·τк = 0,5·5 = 2,5 МПа;
τm – середнє напруження циклу при крученні, МПа при дії осьової сили
на вал:
m 0,8 к 0,8 5 4
;
Кτ – ефективний коефіцієнт концентрації напружень при крученні,
при D/d = 120/100=1,2 коеф. Кτ = 1,6 [2, табл. 16.2, с. 278];
Кd – коефіцієнт впливу розмірів валу, Кd = 0,59 [2, с. 279];
ψτ – коефіцієнт чутливості до асиметрії циклу навантажень,
ψτ = 0,05 [2, с. 279].
Загальний коефіцієнт запасу міцності валу:
1 1
s 10 [s] 3
(1 s )2 (1 s )2
(1 3,2)2 (1 36)2 ;
Де [s] – розрахунковий, мінімально допустимий коефіцієнт запасу міцності,
для відповідальних вузлів [s] = 2…3
Спроектований вал має трикратний запас міцності в порівнянні з нормативним,
тому подальший розрахунок валу на жорсткість і та динамічний розрахунок
виконувати непотрібно.
3.5 Розрахунок підшипників шпинделя
F1о = 23998Н; F1х = 1729Н; F1у = 11947Н; F2у = 4985Н; F2х = 7341Н;
1 - Підшипник 13518;
2 - Підшипник 3520;
3 - Підшипник 29420ЕJ ZKL.
40
Рисунок 3.6 - Схема
навантажень підшипників шпинделя
Виконаємо розрахунок сферичного дворядного радіального підшипника
13518 поз. 1.
1.Розрахуємо перший підшипник 13518.
Радіальна сила що діє на підшипник, Н:
2 2
F2 F2x F2 y 7341 2 4985 2 8874
Еквівалентне навантаження за формулою, Н:
P F1 V Kб КТ 8874 13 1,25 33277
,
де V – коефіцієнт обертання, при обертанні внутр.. кільця підшипника
V=1;
Кб – коефіцієнт безпеки, при навантаженні з значними перегрузками
до 200% , Кб = 3;
КТ – температурний коефіцієнт, при робочій температурі підшипника
до 200 град. КТ = 1,25.
Визначимо розрахунковий ресурс підшипника, год:
10
p
10 6
C 10 6 275 10 3 3
L
h 36223 L 10000
60 n P 60 525 33277 ,
де n – частота обертання підшипника, n = 525 мин-1;
С – динамічна вантажопідйомність підшипника, С = 275 кН;
41
p – залежить від типу підшипника, для роликових підшипників
р=10/3;
[L] – мінімальний ресурс підшипника для машин середнього класу
[L] = 5000 год.
Ресурс підшипника задовольняє умовам тому вибір правильний .
Розрахуємо другий підшипник 3520.
Радіальна сила що діє на другий підшипник, Н:
2 2
F1 F1x F 2 2
1y 1729 11947 12071
Еквівалентне навантаження за формулою, Н:
P F1 V Kб КТ 12071 13 1,25 45266
,
Визначимо розрахунковий ресурс підшипника, год:
10
p
10 6 6
C 10 275 10 3 3
Lh 12988 L 10000
60 n P 60 525 45266 ,
де С=275 кН.
Ресурс підшипника задовольняє умовам тому вибір правильний .
Розрахуємо третій підшипник 29420EJ.
Еквівалентне навантаження за формулою, Н:
P F1о K б КТ 23998 3 1,25 89993
.
Визначимо розрахунковий ресурс підшипника, год:
10
10 6 p
C 10 6 705 10 3 3
Lh 30312 L 10000
60 n P 60 525 89993 ,
де С=705 кН.
Ресурс підшипника задовольняє умовам тому вибір правильний.
42
РОЗДЫЛ 4. АВТОМАТИЗАЦІЯ РОБОТИ ЕКСТРУДЕРА Е-1000
4.1. Принцип роботи системи керування
Недоліками відомих способів ручного переналагодження режимів
роботи екструдера: знижена фактична продуктивність екструдера внаслідок
необхідності тривалого простоювання при заміні шківа клинопасової передачі,
внаслідок того, що збільшення температури екструдування проводиться
шляхом збільшення гідравлічного опору філь’єри та внаслідок недостатньої
точності вимірювання температури екструдування сировини (оператор
виводить екструдер на максимальну продуктивність, коли не завершено нагрів
деталей робочої камери до сталої температури, що перешкоджає попередньому
підігріванню сировини); завищені витрати праці оператора внаслідок
необхідності замінювати шків клинопасової передачі та вручну зміщувати
філь’єру; недостатня якість обробки сировини внаслідок відсутності
можливості визначати вологість вихідної сировини та відповідним чином
змінювати параметри роботи екструдера в широких межах (параметри роботи
екструдера змінюються шляхом заміни гвинтів шнека та заміни шківа
клинопасової передачі, що унеможливлює на практиці забезпечення
оптимальних умов роботи при переробці різних видів сировини).
В основу рішення поставлена задача отримання нового технічного
результату. Технічним результатом є: підвищення фактичної продуктивності
екструдера, покращення якості обробки сировини, зменшення витрат праці
оператора.
Поставлена задача досягається тим, що спосіб керування роботою
екструдера, що включає в себе зміну гідравлічного опору філь’єри екструдера,
зміну частоти обертання шнеку, вимірювання температури зовнішньої поверхні
внутрішнього корпусу робочої камери екструдера за допомогою термодатчика,
вимірювання температури зовнішньої поверхні зовнішнього корпусу робочої
камери екструдера та температури повітря, що оточує екструдер, за допомогою
43
термодатчиків, порівняння блоком керування значень отриманих електричних
сигналів із заданим значенням, та видачу блоком керування керуючого сигналу.
Спосіб відрізняється тим що додатково виконують вимірювання
вологості вихідної сировини за допомогою електричного гігрометру,
вимірювання вологості повітря, що оточує екструдер, за допомогою
електричного гігрометру, зміну швидкості обертання конусного наконечнику
по відношенню до швидкості обертання шнеку шляхом зміни частоти
обертання вала електродвигуна приводу конусного наконечнику.
Причому зміна гідравлічного опору філь’єри проводиться шляхом її
механізованого осьового зміщення по відношенню до конусного наконечника
шнека, зміна швидкості обертання шнеку проводиться шляхом зміни частоти
обертання вала електродвигуна приводу шнеку.
Порівнювання блоком керування сигналів від термодатчиків із заданим
значенням проводиться із врахуванням виміряних значень вологостей вихідної
сировини та повітря, що оточує екструдер.
При підвищенні вологості вихідної сировини блоком керування
проводиться підвищення частоти обертання конусного наконечника та
підвищення гідравлічного опору філь’єри, при зміні виду оброблюваної
сировини блоком керування проводиться зміна гідравлічного опору філь’єри,
частоти обертання шнеку та частоти обертання конусного наконечника, при
пуску екструдера блоком керування гідравлічний опір філь’єри збільшується, а
при досягненні екструдером заданої температури екструдування – зменшується.
Спосіб здійснюється наступним чином (рис. 4.1). Під час пуску
екструдера оператор на пульті керування задає вид сировини, що обробляється
(різному виду сировини відповідатимуть різні значення температури
екструдування) та запускає екструдер в роботу. Після цього блоком керування 1
cпочатку зменшується (задля початку руху сировини крізь екструдер), а потім
збільшується гідравлічний опір філь’єри 2 (з метою найскорішого виходу
екструдера на робочу температуру та зменшення непродуктивних втрат
сировини) шляхом її зміщення у напрямку до конусного наконечника 3 завдяки
обертанню в нарізці 4 за допомогою електродвигуна 5 та передаточного
44
механізму 6 (наприклад, зубчастої циліндричної передачі). Після цього
вмикається електродвигун 7 приводу шнеку та електродвигун 8 приводу
конусного наконечника і починається обробка сировини. Внаслідок
інтенсивного діяння шнеку 9 та конусного наконечнику 3 на сировину вона
подрібнюється та нагрівається, причому значення температури повинно
дорівнювати заданому значенню температури екструдування.
Тепло від сировини за рахунок теплопровідності передається
внутрішньому 10 (внутрішній корпус робочої камери екструдера найчастіше є
швидкозношуваною змінною деталлю) та зовнішньому 11 корпусам робочої
камери екструдера. Внаслідок цього їх температура підвищується, а
інтенсивність нагрівання сировини до температури екструдування –
знижується. Вимірювання температури зовнішньої поверхні внутрішнього
корпусу робочої камери екструдера 10 відбувається за допомогою
термодатчику 12, який передає електричний сигнал на блок керування 1.
Блоком керування 1 проводиться порівняння значення отриманого
електричного сигналу із заданим значенням, яке відповідає заданій температурі
екструдування. В цей же час за допомогою термодатчику 13 вимірюється
температура зовнішньої поверхні зовнішнього корпусу, робочої камери
екструдера 11, а за допомогою термодатчику 14 - температура повітря
(значення якої може істотно відрізнятись в залежності від пори року та від умов
експлуатації екструдера). Також вимірюється вологість вихідної сировини за
допомогою електричного гігрометру 15 та вологість повітря, що оточує
екструдер, за допомогою електричного гігрометру 16.
Блоком керування 1 керуючий сигнал на зменшення гідравлічного опору
філь’єри 2 видається в той момент часу, коли значення отриманих електричних
сигналів буде дорівнювати контрольному значенню, яке відповідає
контрольному значенню температури зовнішньої поверхні зовнішнього
корпусу 11 при виміряних в даний момент значеннях температури та вологості
повітря, а також – вологості вихідної сировини.
45
6 3 5 13 11 15
М
4 12 10 7 9
2
М
14 16 1
М
17 8
Рисунок 4.1 - Схема обладнання
Тобто, блоком керування 1 відмічається момент, коли інтенсивність нагріву
деталей робочої камери екструдера під дією тепла від оброблюваної сировини
буде врівноваження їх охолодженням внаслідок контакту із повітрям, що
оточує робочу камеру. При зміні вологості вихідної сировини відносно
заданого значення блоком керування 1, як задане, приймається інше значення
температури екструдування сировини (згідно технологічних вимог при
46
підвищенні вологості сировини на 1% необхідно збільшувати температуру
екструдування на величину близько 10ºС).
Контрольне значення температури зовнішньої поверхні зовнішнього
корпусу 11 визначається до моменту увімкнення екструдера в роботу для
кожного можливого значення температури екструдування при усталеному
режимі нагріву зовнішнього корпусу 11 для кожному можливому значенні
температури повітря та його вологості. Тобто – емпіричним шляхом або
шляхом чисельного моделювання за допомогою спеціалізованих САПР
(наприклад, «Flow Vision») визначається залежність температури зовнішньої
поверхні зовнішнього корпусу 11 від температури екструдування сировини,
температури та вологості зовнішнього повітря. Отримані залежності заносяться
в алгоритм роботи блоку керування 1 (до моменту увімкнення екструдера в
роботу) і надалі використовуються на практиці для роботи різних моделей
екструдерів при різних умовах експлуатації.
Після видачі блоком керування 1 керуючого сигналу приводиться в дію
електродвигун 5 і філь’єра 2 зміщується у напрямку від конусного наконечника
3, чим забезпечується зменшення її гідравлічного опору. За рахунок цього
робота екструдера виходить на номінальний режим, забезпечуючи належну
якість термічної обробки сировини при максимальній для даних умов
продуктивності.
При надходженні в бункер екструдера сировини, що має вологість,
відмінну від заданої (наприклад, більшу), електричний гігрометр 15 подає
електричний сигнал на блок керування 1, внаслідок чого блоком керування 1
подається керуючий сигнал на перетворювач частоти 17 та, за необхідності, на
електродвигун 5. Внаслідок цього змінюється (наприклад, збільшується)
швидкість обертання валу електродвигуна 8 приводу конусного наконечнику,
що призводить до підвищення інтенсивності нагріву сировини. За необхідності
(якщо при збільшенні вологості сировини підвищення інтенсивності нагріву під
дією конусного наконечника недостатньо) філь’єра 2 зміщується у напрямку до
конусного наконечника 3, підвищуючи цим самим гідравлічний опір руху
47
сировини з екструдера, внаслідок чого температура сировини додатково
підвищується.
При зміні виду сировини, що обробляється, оператор за допомогою
пульта керування подає електричний сигнал на блок керування 1, після чого
блоком керування 1 змінюється режим роботи перетворювача частоти 17 і, як
наслідок, змінюються частоти обертання шнеку 9 та конусного наконечника 3
(причому зміна частот обертання шнеку та конусного наконечника може
відбуватись безступінчасто та в широких межах, незалежно одна від іншої).
Таким чином, керування роботою екструдера за способом, щ
пропонується, дозволяє комплексно підвищити фактичну продуктивність
екструдера, суттєво зменшити витрати праці оператора, а також покращити
якість обробки сировини.
4.2. Аналіз вимог до програми керування режимами роботи екструдера
Для даного проекту знадобиться дві програми: одна для розробки
керуючої програми, а друга для моделювання роботи контролера з керуючою
програмою.
В програмі мають бути датчики температури (термодатчики), можливість
реалізувати перемикати швидкість частоти обертання шнеку. Програма
повинна мати можливість керування частотним перетворювачем.
Для керування застосовується контролер Сadet mini. Також необхідні
мікросхеми. Можливість виводити інформацію на LCD. Можливість керування
виконувати за допомогою самого контролера.
Датчики температури.
Призначені для вимірювання та моніторингу температури навколишнього
середовища в приміщеннях і на відкритому просторі. Термодатчики можуть
використовуватися для віддаленого контролю температури в серверних
кімната, приміщеннях, складах і сховищах.
Обрано аналоговий датчик температури MCP9700.
Основні параметри MCP9700:
48
Одиниці вимірювання : mV/°C
Похибка, ± С: 4
VCC,В: от 2.3 до 5.5
ICC,мА: 0.012
TA,°C: от -40 до 125
Корпус: SOT-23-3 TO-92 SC70
Рисунок 4.2 – Блок-схема датчика температури MCP9700
Електричний гігрометр я обрав digital thermo/hygrometer with remote
sensor. Та ще один датчик температури с незмінним чутливим елементом
danfoss mbt 3260.
4.3. Вибір програмних засобів підготовки та відлагодження керуючої
програми
Програма Proteus Professional.
Proteus Professional - пакет програм для автоматизованого проектування
електронних схем. Пакет являє собою систему схемотехнічного моделювання,
що базується на основі моделей електронних компонентів прийнятих у PSpice.
Відмінною рисою пакету Proteus Professional є можливість моделювання роботи
програмованих пристроїв: мікроконтролерів, мікропроцесорів, DSP та інше.
Додатково в пакет Proteus Professional входить система проектування
друкованих плат. Proteus Professional може симулювати роботу наступних
мікроконтролерів: 8051, ARM7, ARM Cortex-M3, AVR, Texas Instruments,
Motorola, PIC, Basic Stamp. Бібліотека компонентів містить довідкові дані.
49
Proteus 7.10 Pro Rus - це потужна програма, призначена для моделювання
електронних схем. Вона грунтується на роботі віртуальних моделей різних
електронних елементів. Головна особливість програми - можливість
змоделювати програмовані пристрої типу мікропроцесорів і контролерів. Вона
може повторювати роботу популярних контролерів Basic Stamp, AVR, Motorola,
8051, процесорів PIC, HC11, AVR і пр. Крім того, база програми містить більше
6000 моделей різних аналогових і цифрових елементів. Крім вищеописаного,
Proteus 7.10 Pro Rus містить потужну систему проектування друкованих плат.
Внутрішня бібліотека має величезну базу довідкових даних. Програма сумісна з
більшістю компіляторів і асемблерів. Proteus 7.10 Pro Rus містить два модулі:
ISIS і ARES. Перший - це по суті графічний редактор для створення
принципових електросхем. У ньому здійснюється первинний введення нового
проекту для передачі в модуль ARES. Останній призначений для розробки
друкованих плат. Даний графічний редактор має вбудований автотрасувальник
ELECTRA, а також автоматичне розміщення робочих елементів на друкованій
платі. Крім того, бібліотека модуля досить обширна.
Можливості програми для моделювання схем Proteus 7.10:
Використання шаблонів PCB c можливістю збереження налаштувань
друкованої плати
Зміни кольору фону за замовчуванням в ARES
Перемикання видимих шарів і кольору в ARES
Покращена прокладка провідників у ISIS
Відображення розмірів контактних майданчиків у вікні попереднього
перегляду в ARES
Додані приклади для мікроконтролерів AVR і 8051
Файл справки змінений в CHM формат
PROTEUS VSM - чудово працює з популярними компіляторами Сі для МК:
CodeVisionAVR (для МК AVR)
IAR (для будь-яких МК)
ICC (для МК AVR, msp430, ARM7, Motorola)
WinAVR (для МК AVR)
50
Keil (для МК архітектури 8051 і ARM)
HiTECH (для МК архітектури 8051 і PIC від Microchip)
Програма PROTEUS VSM ідеально підходить для новачків, які вирішили
почати вивчення мікроконтролерів так і для професіоналів. Крім
вищеописаних, програма має ще два корисних компонента. COMPIM - дозволяє
підключитися віртуально створеному влаштуванню до реального COM-порту
комп'ютера, а USBCONN - до реального USB-виходу. Це дає можливість
підключити до комп'ютера реальний прилад, з яким створюваний пристрій буде
в майбутньому обмінюватися даними. Звичайно, при роботі з програмою
потрібно розуміти, що будь-яке моделювання не зможе на 100% повторити
роботу реального пристрою. Однак для загального налагодження цього цілком
достатньо.
Ви можете підключити через "шнурок" до вільного COM-порту
стільниковий телефон і налагоджувати пристрій на МК яке має керувати
ним.
Ви можете підключити до COM-порту будь-яке реальний пристрій з яким
ваш створюваний прилад буде спілкуватися в реальності!
Raut Конфигуратор FBD.
«Конфігуратор FBD» - це програмний продукт, призначений для
програмування контролерів "РАУТ-автоматік" за допомогою мови
програмування FBD за стандартом IEC 61161-3.
FBD (англ. Function Block Diagram) - графічний мову програмування
стандарту МЕК 61131-3. Призначений для програмування програмованих
логічних контролерів (ПЛК). Програма утворюється зі списку ланцюгів,
виконуваних послідовно зверху вниз. Ланцюги можуть мати мітки. Інструкція
переходу на мітку дозволяє змінювати послідовність виконання ланцюгів для
програмування умов і циклів.
При програмуванні використовуються набори бібліотечних блоків і
власні блоки, також написані на FBD або іншими мовами МЕК 61131-3. Блок
(елемент) - це підпрограма, функція або функціональний блок (І, АБО, НЕ,
51
тригери, таймери, лічильники, блоки обробки аналогового сигналу,
математичні операції та ін.).
Кожна окрема ланцюг являє собою вираз, складене графічно з окремих
елементів. До виходу блоку підключається наступний блок, утворюючи
ланцюг. Усередині ланцюга блоки виконуються строго в порядку їх з'єднання.
Результат обчислення ланцюга записується у внутрішню змінну або подається
на вихід ПЛК.
На сьогоднішній день «Конфігуратор FBD» дозволяє запрограмувати
наступні контролери виробництва компанії «РАУТ-автоматік»:
HYDROLOGIC-MX
WATERHEAT S2-24
Freemax Micro
Freemax Mini
Freemax MX-S2
MaxyCon Flexy-S
Simplynel 10
Для будь-якого з контролерів програма створюється на комп'ютері. Для
кожного з контролерів застосовуються свої способи перенесення програми з
комп'ютера:
Freemax micro по мережі RS-485 *
Freemax mini
Flash-картою формату SD (Secure Digital) підключенням контролера до
комп'ютера по мережі RS-485 *
підключенням контролера до комп'ютера по мережі Ethernet
дистанційно по мережі Internet за наявності у контролера статичної IP-
адреси
Freemax MX-S2, MaxyCon Flexy-S
Flash-картою формату SD (Secure Digital)
підключенням контролера до комп'ютера по мережі Ethernet
дистанційно по мережі Internet за наявності у контролера статичної IP-
адреси
52
Simplynel 10
по мережі Ethernet.
Waterheat S2-24, Hydrologic-MX
через підключений до USB-порту комп'ютера USB Debug Adapter
виробництва "РАУТ-автоматік".
4.4. Вибір частотного перетворювача
Вибір частотного перетворювача здійснюється по характеристикам
двигуна екструдера.
Я обрав перетворювач частоти Delta Electronics, 110кВт, 460В, векторний,
c ПЛК і прямим упр. моментом, VFD1100С43A який зображений на рис. 4.3.
Він використовує FOC-векторне управління в якості базової технології, за
рахунок чого досягаються безпрецедентно високі характеристики приводу.
Перетворювачі частоти Delta Electronics серії VFD-C2000 є на сьогодні
однією з найдосконаліших і перспективних лінійок універсальних частотних
перетворювачів для електродвигунів і не мають аналогів в номенклатурі
більшості інших іменитих виробників.
Перетворювачі частоти даної серії оснащені широким спектром функцій і
режимів управління, що дозволяє їх з успіхом використовувати не тільки як
частотні перетворювачі для асинхронних двигунів, але і в якості частотних
перетворювачів синхронних двигунів.
Така універсальність роботи перетворювача частоти VFD-C для
управління різними типами двигунів і вбудований режим позиціонування
дозволяють створювати економічні за ціною системи під різні вимоги до
точності переміщення.
У перетворювачі частоти для синхронних і асинхронних двигунів VFD-
C2000 були закладені всі найостанніші розробки в області частотного
регулювання електроприводу.
53
Рисунок 4.3 - Частотний перетворювач Delta Electronics
Конструкція даної серії частотних перетворювачів ретельно продумана і
прорахована за допомогою комп'ютерного моделювання теплових режимів
роботи класичних частин частотних перетворювачів, результатом чого стало
розділення силового і керуючої частин і зниження загального тепловиділення.
Основні характеристики:
Стартовий момент: до 150% на 0.5Гц (без зворотного зв'язку); до 200% на
0Гц (з енкодером) в режимі FOC + PG
Стабільне керування швидкістю на низьких частотах
Крім традиційного ПІ-регулятора в контурі швидкості, в VFD-C
використовується PDFF-управління, яке усуває перерегулирование і покращує
відгук системи і забезпечує поліпшену роботу з ударними навантаженнями
Режими керування швидкістю, моментом, положенням
Робота з ЯКИМИ двигунами: асинхронними, синхронними, на постійних
магнітах
Модульний дизайн з великою кількістю плат розширення
Вбудований ПЛК з LD-програмуванням
54
Рисунок 4.4 - Покроковий режим при керуванні через дискретні входи
Інтелектуальні графічна панель управління
Передовий теплової дизайн, ізолюючий теплові потоки від електроніки,
робоча температура до + 50 °С.
Функції сервоприводу. Плати, покриті захисним лаком.
Моделі з двома наборами номінальних даних (для нормального / важкого
робочого циклу)..
Управління / обмеження моменту в 4-х квадрантах
Управління стандартними асинхронними двигунами і синхронними
сервомоторами в розімкнутому і в замкнутому контурі швидкості.
Функція безпечної зупинки двигуна у відповідність до стандартів EN954-
1, EN60204-1 і IEC61508 для запобігання травмуванню персоналу від
випадкового запуску.
Функція синхронізації кутових положень вала декількох приводів.
Вбудовані CANOpen і Modbus, опціональні PROFIBUS-DP, DeviceNet,
MODBUS TCP і Ethernet / IP інтерфейси
Вбудований гальмівний ключ (в моделях до 30кВт включно)
55
Вбудований дросель постійного струму (в моделях від 37кВт).
Вбудований RFI-фільтр (моделі, що закінчуються на E).
Плати розширення входів / виходів приводу і вбудованого ПЛК.
Швидкознімний вентилятор.
Серія VFD-C, перевершуючи за більшістю параметрів аналогічні серії
попереднього покоління (VFD-B і VFD-V), має при цьому більш низьку
вартість.
Багатофункціональні входи можна використовувати для вибору
попередньо встановлених положень при роботі ПЧ в режимі позиціонування.
Для цього вибирається положення входів вибору положення (значеннь 1 ~ 4 в
параметрах Pr.02-01 ~ 02-08 і 02-26 ~ 02-31), а також оложен дозволу роботи в
режимі покрокового позиціонування (див. значення 34 і 36 в параметрах Pr.02-
01 ~ 02-08). Після натискання на кнопку «Пуск» можна управляти положенням,
змінюючи стан входів.
4.5. Вибір керуючого пристрою
Для поставлених завдань я вирішив використовувати контролер Сadet
mini.
Це контролер, що легко програмується для дискретного керування
різними інженерними системами.
Програмований контролер застосовується в:
Управлінні різними технологічними процесами і установками з
дискретної логіці.
Організації систем сигналізації в схемах автоматизації
технологічних процесів.
Промислові контролери CADET mini -24 виконують функції:
Обробка входів по записаної користувачем логіці.
На підставі даної логіки керування виходами.
Сигналізація станів входів і виходів.
56
Підтримання параметрів на заданому значенні, організованими в програмі
регуляторами.
Вбудований годинник.
ЖК дисплей.
Інтерфейс RS-485 * (протоколи MODBUS-RTU і ЮНІВЕРС), LonWorks
для підключення до системи диспетчеризації.
Таблиця 4.1- Положення швидкостей
MI4 MI3 MI2 MI1
Pr.10-19 значення 0 0 0 0 Задана частота
04-16 (положення 2) 0 0 1 0 04-01 (2-а швидкість)
04-17 (положення 3) 0 0 1 1 04-02 (3-а швидкість)
04-18 (положення 4) 0 1 0 0 04-03 (4-а швидкість)
04-19 (положення 5) 0 1 0 1 04-04 (5-а швидкість)
04-20 (положення 6) 0 1 1 0 04-05 (6-а швидкість)
04-21 (положення 7) 0 1 1 1 04-06 (7-а швидкість)
04-22 (положення 8) 1 0 0 0 04-07 (8-а швидкість)
04-23 (положення 9) 1 0 0 1 04-08 (9-а швидкість)
04-24 (положення 10) 1 0 1 0 04-09 (10-а швидкість)
04-25 (положення 11) 1 0 1 1 04-10 (11-а швидкість)
04-26 (положення 12) 1 1 0 0 04-11 (12-а швидкість)
04-27 (положення 13) 1 1 0 1 04-12 (13-а швидкість)
04-28 (положення 14) 1 1 1 0 04-13 (14-а швидкість)
04-29 (положення 15) 1 1 1 1 04-14 (15-а швидкість)
57
Рисунок 4.5 - Схема підключення дискретних входів
Рисунок 4.6 - Контролер CADET mini
58
Рисунок 4.8 - Схема підключення контролеру CADET mini
Контролери CADET mini -24 мають наступні технічні характеристики:
Напруга живлення ~ 24 B, 50 Гц або = 24 В.
Споживана потужність, не більше 13 Вт
Програмування «Конфігуратора FBD» і стандартна мова програмування
FBD за стандартом IEC 61161-3.
Входи аналогові Pt1000, Ni1000 – 3 шт.
Входи аналогові Pt1000, Ni1000, (0-10) B – 2 шт.
Виходи аналогові (0-10) B, 50кОм – 3 шт.
59
Виходи дискретні потенційні 6 А, ~ 220 В – 6 шт.
Інтерфейс RS-485, LonWorks.
Корпус ступінь захисту IP 20.
Підключення провід, перетином не більше 1 мм ².
4.6. Вибір та обґрунтування структурної схеми пристрою
Ця схема показує як впливають на роботу обрані елементи в нашій
системі керування екструдером.
Рисунок 4.9 - Структурна схема пристрою
Контролер очікує результати вимірів від електричних гігрометрів та
термодатчиків. Коли він отримує всі дані він звіряється с базою температур, та
встановлює потрібну потужність. Контролер регулює потужність екструдера
через частотний перетворювач, який в свою чергу керує двома двигунами.
4.7. Розробка керуючої програми
Робоча схема виконана в програмі Raut Конфигуратор FBD.
Якщо буде необхідність змінити частоту обертання шнеку в ручну, це можна
буде зробити за допомогою двух клавіш на контролері CADET mini. Клавіша
60
F1 буде збільшувати частоту обертання шнеку, а F2 – зменшувати. Контролер
запрограмований на 15 швидкостей.
Рисунок 4.10 - Схема роботи контролера
В цій програми ми не тільки програмуємо контролер. Ай перевіряємо чи
буде працювати контролер взагалі. Коли ми закінчимо програмування
контролеру в режимі редагування, переходимо до режиму відладки. В якому
наглядно можемо перевірити працездатність. Та перевірити всі варіанти
запрограмованих швидкостей.
4.8. Моделювання роботи з керуючою програмою
В даному розділі змодельовану схему керування екструдером, в програмі
Proteus Professional. Яка являє собою систему схемотехнічного моделювання,
що базується на основі моделей електронних компонентів. На ній ми бачимо як
61
з’єднуються всі компоненти. Як би вони з’єднувались при монтажі елементів.
Схема може використовуватись як і електрично принципова схема.
Рисунок 4.11 - Схема керування екструдером
62
РОЗДІЛ 5. НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ РОЗДІЛ
Програма дослідження передбачала проведення експериментів по
ідентифікації (визначення невідомих користувачеві зовнішніх величин) і по
верифікації математичної моделі, які були реалізовані на спеціально
розробленому експериментальному стенді, оснащеному вимірювальною
апаратурою.
Матеріал і методи дослідження. Основне призначення фізичних
експериментів в цьому дослідженні полягає в отриманні експериментальних
даних, що дозволяють судити про точність математичної моделі. Для того щоб
найбільш обґрунтовано можна було судити про верифікації математичної
моделі по обґрунтуванню якості екструдованого зернового матеріалу,
експерименти проводили при зміні параметрів фільєри, при різній вологості
матеріалу.
В якості опорного об'єкта для параметричного синтезу шнекового пресує
механізму був узятий малогабаритний прес-екструдер МЕЗ-20, призначений
для пресування матеріалів рослинного походження і отримання спучених
екструдатів.
Прес має змінний шнек, на кінці якого укріплена насадка типу «торпедо»
з чотирма поздовжніми канавками прямокутного перетину, що виконує функції
компресійного затвора. Привод шнека здійснюється через клинопасову
передачу від асинхронного електродвигуна. Зміна швидкості обертання шнека
здійснюється зміною шківів клинопасової передачі. Головка преса дозволяє
встановлювати матриці різної конструкції.
Зовнішній вигляд лабораторного стенду показаний на рисунку 1.
Принцип роботи представленої установки наступний: електродвигун,
встановлений в станині 1, за допомогою пасової передачі приводить в
обертання швидкохідний шнек, розташований в циліндричному корпусі 4.
Через ексцентрик наводиться в дію дозуючий пристрій 2. На корпусі 4
зафіксована формуюча головка 5. Подача матеріалу здійснюється через
живильну воронку 3, з'єднану безпосередньо зі шнековим корпусом,
63
розташованим на станині 1. Управління роботою екструдера здійснюється через
блок живлення 6.
Рисунок 5.1 - Загальний вид експериментальної установки
Запуск і зупинка преса здійснюється за допомогою пульта управління 6.
Для реєстрації показань датчиків використаний комп'ютер, який отримує
сигнали від АЦП LC-212F. Кутова швидкість шнека вимірюється тахометром.
Електричні характеристики вимірюють амперметром 10 і ваттметром 11 марки
Д 539 з навантажувальним трансформатором УТТ- 5М. Контроль температури
вівся в зоні формуючої головки цифровим міні-мультиметром М838 з
термопарою типу «К». Зважування вихідних компонентів і аналізованих зразків
64
проводилося на лабораторних важільних вагах. Час відбору проб фіксувалося
механічним секундоміром.
Модуль АЦП LC-212F призначений для електротензометрії. Він працює
за мостовими і напівмостовими схемами з'єднання тензодатчиків з опором від
100 до 1000 Ом при проведенні статичних і динамічних вимірювань.
Модуль LC-212F працює спільно з персональним комп'ютером,
під'єднання модуля здійснюється через LPT-порт.
АЦП мають по два диференціальних сигнальних входу ±AIN1 і ±AIN2,
диференційний вхід опорної напруги ±REF, а також два внутрішніх цифрових
фільтра. Діапазони вхідних сигналів АЦП: ± 10mV, ± 20mV, ± 40mV, ± 80mV, +
10mV, + 20mV, + 40mV, + 80mV.
АЦП мають вбудовані функції калібрування нуля і діапазону, які
виконуються на цифровому рівні. Параметри калібрування зберігаються в
пам'яті модуля до наступної процедури.
Модуль має функцію перевірки вхідних ланцюгів кожного каналу на
обрив і коротке замикання. При запуску цієї функції на входи кожного каналу
підключаються джерела постійного струму величиною 100 А і потім
проводиться вимір вхідного сигналу. При вихідному коді, що дорівнює нулю,
фіксується коротке замикання, при максимальному коді - обрив.
Вихідні сигнали тензодатчиків подаються безпосередньо на входи АЦП.
Опорна напруга АЦП є напругою живлення датчиків.
Модуль LC-212F має три режими роботи. Режим 1 (статодинаміка).
Чотирьохканальний режим, призначений для проведення вимірювань з
максимальною частотою збору даних і не має високих вимог по напрузі зсуву
нуля. В даному режимі вимірювальні мости харчуються постійною напругою.
Режим 2 (статика). Чотирьохканальний режим, призначений для
проведення статичних вимірювань з максимальною точністю. Забезпечує
низький рівень зміщення нуля і його температурного дрейфу за рахунок
перемикання АЦП в режим вимірювань на змінному струмі. У режимі 2
можливо живлення мостів як постійною, так і змінною напругою.
65
Режим 3 (статика). Є модифікацією режиму 2 і призначений для
подвоєння числа каналів. В даному режимі процес для кожного каналу є
переривчастим і дані зчитуються з періодом в 0,35 с.
У ряді експериментів контроль температури здійснювався безпосереднім
контактом продукту на виході з фільєри і ртутним термометром, що не
дозволяє отримувати точні значення температури, так як завмер відбувається
через деякий час після виходу продукту з матриці. Час витрачався на витяг
невеликої кількості екструдата і нагрівання ртуті в стовпчику термометра.
Більш точним методом вимірювання температури є застосування
цифрового мінімультиметра, що має термопару і здатного вимірювати
температуру в широких межах, яка володіє достатньою точністю і швидкістю
вимірювання. Значення температури зчитується з дисплея цифрового міні-
мультиметра М838 (термопара типу «К») в ° С, з точністю ± 1 ° С.
Замір відбувається безпосереднім контактом термопари сировини при
виході з матриці.
Для проведення експериментів були виготовлені дві фільєри (рис. 5.2) з
параметрами, що відповідають патентній розробці, і фільєри традиційної
формою, з трьома зонами (рис. 5.3).
Рисунок 5.2 – Загальний вид фильєр
66
А Б
Рисунок 5.3 – Схеми фильєр: А – традиційна схема; Б – по патенту
№ 16535
Одна з конструкцій фильєр мала базові геометричні параметри (схема А),
представлені трьома зонами пластификації матеріалу.
Друга фильєра виготовлена з чотирма зонами (схема Б).
У програму експериментальних досліджень включено дослідження
впливу кількості зон фільєри на якість екструдування зернового матеріалу.
Експерименти проведені на зерновому матеріалі (пшениця, овес, ячмінь).
Використано три базові вологості зернового матеріалу - 15, 20 і 25%. Для
кожної вологості проведені випробування на двох конструкціях фильєр, які
представлені на фотографії.
Продуктивність екструдера визначали наступним чином: за певні
проміжки часу були взяті зразки готового продукту, які зважували на технічних
вагах, знаходили масу зразка за одну секунду екструдування, а потім
вираховували годинну продуктивність.
Всі показники знімали після виходу екструдера на сталий температурний
режим. Перевірка адекватності математичної моделі проведена за трьома
параметрами ефекту: продуктивності пресує механізму, потужності, витрат на
процес екструдування N.
67
Результати представлені по кормосуміші в складі 30% висівок, 30%
ячменю, з добавкою зерна пшениці вологістю 12%.
Рисунок 5.4 – Залежність Q = ƒ (ω) при вологості матеріалу W = 15%:
1 - експериментальні дані для конструкції Б;
2 - експериментальні дані для конструкції А.
Рисунок 5.5 – Залежність Q = ƒ (ω) при вологості матеріалу W = 20%:
1 - експериментальні дані для конструкції Б;
2 - експериментальні дані для конструкції А
68
Рисунок 5.6 – Залежність Q = ƒ (ω) при вологості матеріалу W = 25%:
1 - експериментальні дані для конструкції Б; 2 - експериментальні дані для
конструкції А
Рисунок 5.7 – Залежність витрат потужності від складу зернового
матеріалу (з урахуванням добавки сухого зерна вологістю 12%) N = / (/): 1 -
вологість кормосуміші 15%; 2 - вологість кормосуміші 20%; 3 - вологість
кормосуміші 25%
69
На рисунках 5.4-5.7 побудовані діаграми залежностей цих параметрів
ефекту від кутової швидкості при відносній вологості пресованого матеріалу
15, 20, 25%. Діаграми на цих малюнках побудовані за розрахунковими даними.
Аналізуючи отримані значення, можна зробити висновок, що більш
ефективна фильєра з чотирма зонами прийому і виходу екструдата. При її
застосуванні більш висока продуктивність екструдера і менші витрати
потужності.
70
РОЗДІЛ 6. МОНТАЖ, ЕКСПЛУАТАЦІЯ ТА ТЕХНІЧНЕ
ОБСЛУГОВУВАННЯ ЕКСТРУДЕРА
Монтаж екструдера
Екструдер має бути встановлений на рівній горизонтальній
площадці на підлозі або на бетонному фундаменті з ухилом не більше 5мм на
довжині 1м. При цьому перед гвинтовою частиною повинен бути вільний
простір не менше 1000 мм.
Висота розміщення екструдера над нульовою позначкою може бути
різною в залежності від розташування систем подачі вихідної суміші та
відведення кінцевого продукту.
До екструдеру повинні бути приєднані системи, що подають
вихідний продукт, (воду при переробці зернових) приймачі готового продукту і
вентиляція.
Перед введенням в експлуатацію перевірити наявність масла в
роторі екструдера і в редукторі приводу живильника.
Технічне обслуговування.
Чітке виконання правил і вказівок з технічного обслуговування
забезпечує постійну справність екструдера.
Для екструдера передбачаються наступні види технічного
обслуговування: щоденне (ЕО), щотижневе (Т01), один раз на три місяці (Т02) і
один раз на шість місяців (ТОЗ).
При щоденному технічному обслуговуванні (ЕО):
1) перед початком зміни необхідно виконати наступні роботи: перевірити
затягування штуцера термометра, гайок хомутів, кріплення гвинтової частини
до корпусу ротора;
2) перевірити відсутність сторонніх предметів на поверхні магнітоуловителя;
3) перевірити стан отвору вихідного пристрою, в отворі не повинно бути
залишків суміші та інших сторонніх предметів;
4) перевірити справність і наявність інструменту;
71
5) черговому електрику перевірити заземлення екструдера, надійність
монтажних проводів;
6) перевірити наявність масла в роторі і мастила в підшипниках.
7) Перевірити наявність тиску у водопровідній мережі.
При щотижневому технічному обслуговуванні (Т01) необхідно:
1) перевірити натяг ременів приводу. Стріла прогину повинна бути не більше
10 + 1 мм при навантаженні 40Н (4кгс);
2) розібрати гвинтову частину. Якщо зйом стаканів і гвинтів утруднений,
використовувати для їх демонтажу знімач;
3) при зносі витків гвинтів з одного боку до товщини витка в середній його
частині менше 6 мм, перевернути відповідну секцію незношеного стороною
вперед по ходу продукту. При зносі з двох сторін замінити гвинт.
4) при зносі шайб більше 1 мм на діаметрі або при наявності на шайбах тріщин
і забоїн замінити шайби;
5) при зносі виступів гільз на довжині 30мм на глибину 2 ... З мм гільзу
необхідно замінити;
6) зібрати гвинтову частину і перевірити затягування болтів кріплення вузлів;
7) провести роботи по ЄВ.
Один раз на три місяці (Т02):
1) зняти захисний кожух (рис.1) і перевірити надійність кріплення шківів;
2) перевірити розміщення шківів відносно один одного, торці повинні
розміщуватися в одній площині (зміщення не більше 2мм);
3) встановити захисний кожух;
4) перевірити затягування всіх болтів;
5) черговому електрику перевірити стан заземлення та зробити огляд
електрообладнання; виконати роботи з Т01.
Один раз на шість місяців (ТОЗ):
1) зробити заміну масла в роторі. Масло трансмісійне 80 W 90. Рівень масла -
вісь ротора.
2) демонтувати ведений шків і кришку, замінити мастило в підшипнику 14
(Літол24 ГОСТ 21150-87)
72
3) виконати роботи з Т02.
Примітка. У разі розбирання ротора повторно застосовувати
ущільнювальні кільця не можна. Радіальний зазор в підшипнику 52
регулюється гайкою 55.
Технічне обслуговування електродвигуна і мотор-редуктора виконується
згідно вимог відповідних паспортів.
Підготовка до роботи і порядок роботи екструдера.
Запуск екструдера:
Вивернути на чотири оберти з вихідного положення (загорнута до
упору) гайку 24 і зафіксувати її стопором.
Зняти вихідний стакан і нагріти його до температури 90-100 С.
Встановити вихідний стакан;
Переключателем «Екструдер ПУСК / СТОП» включити
електродвигун приводу;
Перемикачем «ЖИВИЛЬНИК ПУСК / СТОП» задіяти живильник і
подати до приймальної воронки сою, плавно збільшуючи подачу. З
сопла повинна безперервно виходити маса. Сила струму не повинна
перевищувати номінального значення (167 А).
ПРИМІТКА. При неправильному запуску можливо «забивання»
гвинтової частини екструдера, яке характеризується наступним: соя надходить
в приймальну воронку, але з гвинтової частини не виходить, в результаті
спочатку зростає навантаження по струму електродвигуна приводу, а потім
різко падає.
У випадку «забивання» відключити екструдер, вимкнувши
електроживлення. Розібрати гвинтову частину, провести очищення й огляд
деталей гвинтової частини на наявність несправностей. Якщо гвинтова частина
справна, зібрати її і повторити запуск в послідовності, як зазначено вище. У
випадку утруднення демонтажу гвинтів і стаканів використовувати знімач.
Робота на режимі:
73
Після запуску екструдер виводиться на режим, при якому його
продуктивність температура процесу і навантаження по струму електродвигуна
повинна відповідати номінальним значенням.
При роботі на режимі оператор повинен постійно стежити за
роботою всіх складових частин екструдера, температурою процесу і якістю
кінцевого продукту.
У процесі роботи оператор повинен періодично проводити контрольні
перевірки якості вихідного продукту, продуктивності, якості одержуваного
продукту.
У ході роботи оператору необхідно не менше двох разів на зміну
оглядати магнітоуловлювач.
У ході роботи оператор повинен здійснювати контроль
навантаження електродвигуна головного приводу.
Зупинка екструдера:
Перемикачем «ЖИВИЛЬНИК ПУСК/СТОП» вимкнути живильник.
Після припинення виходу продукту з гвинтової частини
перемикачем «Екструдер ПУСК / СТОП» вимкнути електродвигун головного
приводу.
Перемикачем «ВКЛ. / ВИКЛ.» Знеструмити ящик управління.
Демонтувати вихідний пристрій з встановленими на ньому
деталями, встановити замість нього спеціальне кільце Е-1000.50.00.002,
включити електродвигун приводу і прокрутити гвинти для видалення суміші.
Аналогічно знімаються інші стакани.
Прочистити порожнину вихідного пристрою і отвір у вихідний
втулці. Зібрати гвинтову частину.
Затяжку гайок замків робити тільки стандартними ключами,
забороняється використовувати важелі, труби для збільшення моменту
затягування. Номінальний момент затягування 150 н.м. (15 кгс. М).
Вимірювання параметрів, регулювання та налаштування:
Продуктивність визначається, коли навантаження по струму
основного електродвигуна 100%, якість одержуваного продукту задовільна,
74
температура відповідає заданій, шляхом зважування маси, що вийшла з
вихідного отвору гвинтової частини, протягом 3 хвилин. Отриманий результат,
помножений на 20, дає часову витрату (продуктивність).
Перевірка температури процесу проводиться за показниками
приладу на пульті управління.
Якщо температура процесу нижче заданої і якість кінцевого
продукту не задовольняє встановленим вимогам, зменшують зазор між гайкою
20 і наконечником 36 або зменшують продуктивність живильника.
Описаний спосіб настройки температури є основним.
Необхідно враховувати, що підвищення вологості вихідного продукту на
1% знижує температуру процесу на 10*С і у випадку неможливості досягнення
заданої температури, необхідно перевірити вологість вихідного продукту, яка
не повинна перевищувати 12%. Номінальна вологість 9 ... 12%.
ПРИМІТКА. При вологості сої до 10% рекомендований діаметр вихідної
втулки 9 мм, при вологості 10 ... 12% - 8 мм.
Інші параметри, що характеризують якість продукту, вимірюють по
спеціальним методикам лабораторією.
75
ВИСНОВКИ
В кваліфікаційній роботі магістра описано принцип роботи технологічної
лінії по виготовленню екструдованих кормів та конструкцію розробленого
зернового екструдера.
Проведено огляд відомих літературних джерел та виконано аналіз
конструкцій екструдерів. Визначено задачу, що потребує вирішення –
підвищення ступеня автоматизації та зменшення тривалості допоміжних
операцій.
Виконано технологічний та кінематичний розрахунки. Виконано наукові
дослідження впливу кінематичних параметрів екструдера на його
продуктивність.
Виявлено закономірність впливу кутової швидкості обертання шнеку
екструдера на його продуктивність при різній вологості сировини.
Розроблено конструкцію кінематичної схеми та робочих органів
екструдера, використання яких дозволяє автоматизувати процес
переналагодження температури екструдування сировини.
Розроблено конструкцію пристрою для автоматизованого зміщення
філь'єри вихідного вузла.
Розроблено схему автоматизації переналагодження режимів роботи
екструдера.
Також розроблено захист від обертаючих та рухомих частин
обладнання. Обрано захисну решітку, яка дає належний захист від опіків рук та
пальців, площа отворів складає 63%, що забезпечує швидке охолодження
захисної решітки.
76
СПИСОК ЛІТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Любич, В. В. Якість екструдату із зерна пшениці м’якої залежно від
сорту та лінії / В. В. Любич, В. В. Желєзна, О. А. Єрємєєва // Наукові праці
Національного університету харчових технологій. - 2020. -Т. 26, № 3. - С. 185-
196.
2. Cuiping Yi, Nannan Qiang, Hong Zhu, Qian Xiao, Zuyin Li,Extrusion
processing: A strategy for improving the functional components, physicochemical
properties, and health benefits of whole grains, Food Research International, Volume
160, 2022,111681, https://doi.org/10.1016/j.foodres.2022.111681.
3. Jain, R., & Goomer, S. (2023). Understanding extrusion technology for
cereal–pulse blends: A review. Cogent Food & Agriculture, 9(1).
https://doi.org/10.1080/23311932.2023.2253714
4. Qingfa Wang, Limin Li, Ting Wang, Xueling Zheng, A review of
extrusion-modified underutilized cereal flour: chemical composition, functionality,
and its modulation on starchy food quality, Food Chemistry, Volume 370, 2022,
131361, https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.131361.
5. Candela Paesani, Ángela Bravo-Núñez, Manuel Gómez, Effect of
extrusion of whole-grain maize flour on the characteristics of gluten-free cookies,
LWT, Volume 132, 2020, 109931, https://doi.org/10.1016/j.lwt.2020.109931.
6. Zhao, Y., Dang, X., Du, H., Wang, D., Zhang, J., Liu, R., Ge, Z., Sun,
Z., & Zhong, Q. (2024). Understanding the Impact of Extrusion Treatment on
Cereals: Insights from Alterations in Starch Physicochemical Properties and In Vitro
Digestion Kinetics. Animals, 14(21), 3144. https://doi.org/10.3390/ani14213144.
7. Deborah Becker, Jean-Vincent Le Bé, Cornelia Rauh, Christoph
Hartmann, Multi-objective optimization of low moisture food extrusion processing
through active learning and robotics, Future Foods, Volume 12, 2025, 100741,
https://doi.org/10.1016/j.fufo.2025.100741.
8. Thakker D, Patel P, Intizar Ali M, et al. ExtruOnt: An ontology for
describing a type of manufacturing machine for Industry 4.0 systems. Semantic Web:
77
– Interoperability, Usability, Applicability. 2020;11(6):887-909. doi:10.3233/SW-
200376
9. Diagne, M., Shang, P., and Wang, Z. (2016) Well-posedness and exact
controllability of the mass balance equations for an extrusion process. Math. Meth.
Appl. Sci., 39: 2659–2670. doi: 10.1002/mma.3719.
10. Sebastian Hube, Marek Behr, Stefanie Elgeti, Malte Schön, Jana Sasse,
Christian Hopmann, Numerical design of distributive mixing elements, Finite
Elements in Analysis and Design, Volume 204, 2022, 103733,
https://doi.org/10.1016/j.finel.2022.103733.
11. Kristiawan, M., Della Valle, G., & Berzin, F. (2022). Extrusion
Simulation for the Design of Cereal and Legume Foods. Foods, 11(12), 1780.
https://doi.org/10.3390/foods11121780
78