Репозиторій ЧДТУ
Репозиторій ЧДТУ зберігає і дозволяє легкий і відкритий доступ до всіх видів цифрового контенту, включаючи текст, зображення, анімовані зображення, MPEG і набори даних
Дізнатися більше
Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8576| Назва: | Підвищення надійності роботи центрифуги лінії виготовлення крохмалю |
| Автори: | Філімонова, Надія Вікторівна Лементар, Олександр Олександрович |
| Ключові слова: | технологічні параметри центрифуги;центрифуга |
| Дата публікації: | 11-чер-2024 |
| Короткий огляд (реферат): | Мета: підвищення надійності роботи центрифуги шляхом внесеня низки змін до конструкції її окремих вузлів. Об’єкт дослідження: процес отримання крохмалу з сировини шляхом центрофугування. Предмет дослідження: конструктивні та експлуатаційні характеристики вузлів центрифуги лінії виготовлення крохмалю та їх взаємного впливу на підвищення надійності роботи. Практичні результати роботи та їх новизна: виконано техніко-економічне обґрунтування проекту, проведено огляд типів конструкцій горизонтальних фільтрувальних центрифуг, які застосовуються в харчовій промисловості, описано принцип роботи технологічної лінії по виготовленню картопляного крохмалю та конструкцію вдосконаленої центрифуги ФГШ-400. Було проведено техніко-економічне обґрунтування проекту, огляд літератури, патентні дослідження, опис розроблюванного обладнання, опис технологічної лінії, опис розроблюваного обладнання, опис розробленого технічного рішення, розрахунок технологічних параметрів центрифуги, визначення продуктивності, визначення споживаної потужності, кінематичний розрахунок приводу центрифуги, розрахунок клинопасової передачі, розрахунок гідравлічної муфти, розрахунок вузлів та деталей на міцність, розрахунок валу на міцність, розрахунок підшипників на довговічність, розрахунок шпонкового з’єднання на міцність, вибір заготовки та розрахунок припусків, розробка методів обробки поверхонь, розробка технологічного процесу виготовлення деталі, розрахунок режимів різання, охорона праці, висновок, список використаних джерел. Практичне значення отриманих результатів. Рекомендовано впровадити результати дослідження в виробництво на машинобудівному підприємстві. |
| URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу): | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8576 |
| Розташовується у зібраннях: | 133 Галузеве машинобудування (Обладнання харчових, торгівельних і машинобудівних підприємств) |
Файли цього матеріалу:
| Файл | Опис | Розмір | Формат | |
|---|---|---|---|---|
| КРБ Лементар.pdf Restricted Access | Обсяг роботи. Кваліфікаційна робота бакалавра складається із вступу, 3 розділів, висновку, списку використаних джерел, що включає 5 найменуваннь. Роботу викладено на 80 сторінках, містить 26 рисунків, 18 таблиць, кількість креслень формату А1 – 9. | 2.57 MB | Adobe PDF | Переглянути/Відкрити Запит копії |
Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищено авторським правом, усі права збережено.
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 бакалавра
на тему: «Підвищення надійності роботи
центрифуги лінії виготовлення крохмалю»
Перший (бакалаврський)
(освітньо-кваліфікаційний рівень)
ГМ92.133024.000 ПЗ
Виконав: здобувач вищої освіти
4 курсу, групи ГМ-02
спеціальності 133 – Галузеве машинобудування
(шифр і назва спеціальності)
Обладнання харчових, торгівельних і
машинобудівних підприємств
(освітня програма)
Олександр ЛЕМЕНТАР
(ім’я та прізвище)
Керівник Надія ФІЛІМОНОВА
(ім’я та прізвище)
Рецензент Валентин ПОДА
(ім’я та прізвище)
Черкаси 2024
2
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
(повна назва факультету)
Кафедра проектування харчових виробництв та верстатів нового покоління
(повна назва кафедри)
Освітньо-кваліфікаційний рівень бакалавр
Спеціальність 133 «Галузеве машинобудування»
Освітня програма «Обладнання харчових, торгівельних і машинобудівних
підприємств»_______________________________________________________
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)
ЗАТВЕРДЖУЮ:
завідувач кафедри ПХВВНП
(підпис) (ім’я та прізвище)
« » 20___ року
ЗАВДАННЯ
на кваліфікаційну роботу бакалавра здобувача вищої освіти
Лементар Олександр Олександрович
_____________________________________________________________________________
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема кваліфікаційної роботи бакалавра _ ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ
РОБОТИ ЦЕНТРИФУГИ ЦК -Н2-400 ЛІНІЇ ВИГОТОВЛЕННЯ КРОХМАЛЮ
_______________________________________________________
Керівник кваліфікаційної роботи бакалавра Філімонова Н. В. к.т.н, доцент____
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь,
вчене звання)
Затверджені наказом Черкаського державного технологічного університету
від «20»лютого 2024 року № 49/04.
2.Строк подання здобувачем вищої освіти випускної роботи 31.05.2024
Затверджені наказом Черкаського державного технологічного університету
від «___»____________20 ____ року №_____
2.Строк подання здобувачем вищої освіти випускної роботи
_______________
3. Вихідні дані до випускної роботи Технічний опис та інструкція з
експлуатації
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які
потрібно розробити) вступ, техніко-економічне обґрунтування проекту, огляд
3
літератури, патентні дослідження, опис розроблюванного обладнання, опис
технологічної лінії, опис розроблюваного обладнання, опис розробленого
технічного рішення, розрахунок технологічних параметрів центрифуги,
визначення продуктивності, визначення споживаної потужності,
кінематичний розрахунок приводу центрифуги, розрахунок клинопасової
передачі, розрахунок гідравлічної муфти, розрахунок вузлів та деталей на
міцність, розрахунок валу на міцність, розрахунок підшипників на
довговічність, розрахунок шпонкового з’єднання на міцність, вибір заготовки
та розрахунок припусків, розробка методів обробки поверхонь, розробка
технологічного процесу виготовлення деталі, розрахунок режимів різання,
охорона праці, висновок, список використаних джерел.
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)
Схема технологічної лінії, технічна пропозиція проекту, креслення
загального виду машини, складальне креслення вузлів, робочі креслення
деталей, які входять до означених вузлів або які було вдосконалено при
виконанні проекту, маршрут обробки деталі, заходи з охорони праці.
6. Консультанти розділів кваліфікаційної роботи бакалавра
Підпис, дата
Ім’я та прізвище
Розділ завдання завдання прийняв
керівника або консультанта
видав
1 Філімонова Н.В.
2 Філімонова Н.В.
3 Філімонова Н.В.
висновок Філімонова Н.В.
7. Дата видачі завдання_______________________________
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
№ Назва етапів дипломного Строк Примітка
з/п проекту (роботи) виконання етапів
проекту
(роботи)
1 Конструкторський розділ
2 Технологічний розділ
3 Охорона праці
4 Висновки
Здобувач ступеня бакалавра _________ Олександр Лементар
(підпис) (ім’я та прізвище)
Керівник кваліфікаційної роботи бакалавра ________ Надія Філімонова
(підпис ) (ім’я та прізвище)
4
РЕФЕРАТ
Обсяг роботи. Кваліфікаційна робота бакалавра складається із вступу,
3 розділів, висновку, списку використаних джерел, що включає 13
найменуваннь. Роботу викладено на 80 сторінках, містить 26 рисунків, 18
таблиць, кількість креслень формату А1 – 9.
Мета: підвищення надійності роботи центрифуги шляхом внесеня
низки змін до конструкції її окремих вузлів.
Об’єкт дослідження: процес отримання крохмалу з сировини шляхом
центрофугування.
Предмет дослідження: конструктивні та експлуатаційні
характеристики вузлів центрифуги лінії виготовлення крохмалю та їх
взаємного впливу на підвищення надійності роботи.
Практичні результати роботи та їх новизна: виконано техніко-
економічне обґрунтування проекту, проведено огляд типів конструкцій
горизонтальних фільтрувальних центрифуг, які застосовуються в харчовій
промисловості, описано принцип роботи технологічної лінії по виготовленню
картопляного крохмалю та конструкцію вдосконаленої центрифуги ФГШ-
400.
Було проведено техніко-економічне обґрунтування проекту, огляд
літератури, патентні дослідження, опис розроблюванного обладнання, опис
технологічної лінії, опис розроблюваного обладнання, опис розробленого
технічного рішення, розрахунок технологічних параметрів центрифуги,
визначення продуктивності, визначення споживаної потужності,
кінематичний розрахунок приводу центрифуги, розрахунок клинопасової
передачі, розрахунок гідравлічної муфти, розрахунок вузлів та деталей на
міцність, розрахунок валу на міцність, розрахунок підшипників на
довговічність, розрахунок шпонкового з’єднання на міцність, вибір заготовки
та розрахунок припусків, розробка методів обробки поверхонь, розробка
5
технологічного процесу виготовлення деталі, розрахунок режимів різання,
охорона праці, висновок, список використаних джерел.
Практичне значення отриманих результатів. Рекомендовано
впровадити результати дослідження в виробництво на машинобудівному
підприємстві.
Ключові слова: фільтрувальна центрифуга, технологічні параметри
центрифуги, розрахунок планетарного редуктора.
ABSTRACT
Scope of work. The bachelor's thesis consists of an introduction, 3 chapters,
a conclusion, a list of used sources, which includes 13 names. The work is laid out
on 80 pages, contains 26 figures, 18 tables, the number of drawings in A1 format is
12.
Purpose: to improve the quality of the centrifuge by making a number of
changes to the design of its individual components.
The results of the work and their novelty: the feasibility study of the project
was carried out, an overview of the types of structures of horizontal filter
centrifuges used in the food industry was carried out, the principle of operation of
the technological line for the production of potato starch and the design of the
improved centrifuge were described.
A feasibility study of the project was conducted, a literature review, patent
research, a description of the equipment being developed, a description of the
technological line, a description of the equipment being developed, a description of
the developed technical solution, a calculation of the technological parameters of
the centrifuge, a determination of productivity, a determination of the power
consumption, a kinematic calculation of the centrifuge drive, a calculation of the
V-belt transmission, a calculation of the hydraulic clutch, a calculation of the
components and parts for strength, a calculation of the shaft for strength, a
6
calculation of the bearings for durability, a calculation of the key connection for
strength, a selection of the workpiece and a calculation of allowances, a
development of surface treatment methods, a development of the technological
process for manufacturing the part, a calculation of cutting modes, labor
protection, a conclusion, a list of sources used.
The practical significance of the results obtained. It is recommended to
implement the results of the study in production at a machine-building enterprise.
Keywords: filter centrifuge, technological parameters of the centrifuge,
calculation of the planetary gearbox.
7
ЗМІСТ
С
ВСТУП ...................................................................................................................8
РОЗДІЛ 1. КОНСТРУКТОРСЬКИЙ РОЗДІЛ....................................................9
1.1 Техніко-економічне обґрунтування проекту……………………………9
1.2 Огляд літератури, патентні дослідження……………………………... 11
1.3 Опис розроблюванного обладнання.…………………………………...17
1.3.1 Опис технологічної лінії………………………………………….…....17
1.3.2 Опис розроблюваного обладнання .……………………..…… ……….23
1.3.3 Опис розробленого технічного рішення ..................................... ……..29
1.4 Розрахунок технологічних параметрів центрифуги ................……….46
1.4.1 Визначення продуктивності ....................................................... ...............46
1.4.2 Визначення споживаної потужності .................................... ....................48
1.5 Кінематичний розрахунок приводу центрифуги ......................... ..............51
1.5.1 Розрахунок клинопасової передачі ............................................... ...........51
1.5.3 Розрахунок гідравлічної муфти ................................................... ............54
1.6 Розрахунок вузлів та деталей на міцність ............................................ .....54
1.6.1 Розрахунок валу на міцність ........................................................... .........57
1.6.2 Розрахунок підшипників на довговічність ................................ ...........57
1.6.3 Розрахунок шпонкового з’єднання на міцність........................... ..........57
РОЗДІЛ 2. ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗДІЛ……………………………….........58
2.1 Вибір заготовки та розрахунок припусків.......................................... .......58
2.2 Розробка методів обробки поверхонь………………………….…..….....64
2.3 Розробка технологічного процесу виготовлення деталі.................... ......67
2.4 Розрахунок режимів різання.................................................................. ... 92
8
РОЗДІЛ 3. ОХОРОНА ПРАЦІ …….……………………….......................70
ВИСНОВОК.....................................................................................................78
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ……………………………….......79
9
ВСТУП
Головне джерело енергії для людського організму — вуглеводи. У
раціоні людини на них доводиться більше 70%. Основний представник
вуглеводів в живленні людини — крохмаль. Він же є одній з найважливіших
складових частин природних концентрованих кормів, що випускаються
промисловістю. Витягання крохмалю з сировини і отримання з нього
крохмало-продуктів здійснюються на підприємствах крохмало-паточної
промисловості. Раціональне застосування знаходять тут і інші складові частини
сировини. Переробка рослинної сировини, що містить крохмаль, але без його
витягання, проводиться на підприємствах борошномельної, хлібопекарської,
макаронної, кондитерської та інших галузей промисловості.
У харчовій промисловості знаходять застосування як власне крохмаль,
так і різні види крохмалопродуктів.
У технології отримання крохмалю одне з центральних місць займає
центрифугування напівфабрикатів. Сучасні промислові центрифуги — це
складне технологічне устаткування, що складається з багатьох механізмів
високої точності, володіє високими швидкостями і кероване за допомогою
складних електрогідравлічних, електропневматичних або електричних
систем. Надійна робота центрифуг залежить від дотримання технологічної
дисципліни, знання їх конструкції, а також правил наладки, пуску,
експлуатації і ремонту.
У бакалаврській кваліфікаційній роботі представлено проектування
горизонтальної фільтруючої центрифуги з шнековим вивантаженням осаду. У
проекті розроблені технічні рішення, що дозволяють підвищити довговічність
окремих вузлів центрифуги, а значить – її довговічність в цілому.
Також розроблені технологічні рішення, засоби по поліпшенню умов
охорони праці.
10
РОЗДІЛ 1. КОНСТРУКТОРСЬКИЙ РОЗДІЛ
1.1 Техніко-економічне обґрунтування проекту
У сучасних виробництвах проблеми підвищення надійності й
довговічності машин і обладнання є особливо актуальними.
Втрати роботоздатності виробів унаслідок відмов призводять до
простоїв, значних витрат на ремонт і запасні частини. За останні 10 років на
ремонт обладнання харчових підприємств України витрачено кошти,
порівнянні з вартістю основних виробничих фондів.
Трудомісткість ремонтних робіт значно перевищує трудомісткість
виготовлення нових машин, оскільки ремонт обладнання за рівнем
оснащення значно відстає від основного виробництва. До 70 % ремонтних
робіт виконується вручну, а деталі, які виготовлені в ремонтних цехах
замість спрацьованих, в 5—10 разів дорожчі за деталі, виготовлені на
заводах, що випускають технолгічне обладнання.
Значним чинником ресурсопоглинання є саме спрацювання і корозія
робочих органів машин і обладнання. Довговічність технічних об'єктів
пов'язана здебільшого з проблемою спрацювання їхніх окремих деталей і
вузлів. Тому підвищення зносостійкості вузлів тертя машин і захист від
корозії елементів конструкції апаратів є головними напрямами підвищення
надійності та довговічності устаткування галузі.
Надзвичайно важливим завданням є боротьба з різними видами
спрацювання деталей і підсистем практично всіх технічних засобів. Робочі
вузли машин і апаратів, перероблювані речовини й технологічні рідини
утворюють складні динамічні системи, в яких закономірності тертя, корозії
та інтенсивність спрацювання залежать від багатьох чинників: умов
переробки сировини, хімічних і реологічних характеристик робочих
11
середовищ, застосованих конструкційних матеріалів і захисних покриттів,
геометрії робочих органів тощо. Робочі органи технологічного обладнання
харчової промисловості повинні мати особливо високу зносостійкість,
оскільки продукти спрацювання можуть потрапити у харчові продукти і
зробити їх непридатними для харчових та кормових потреб.
Кожний технічний об'єкт харчових і переробних виробництв як вид
продукції практичного використання має такі періоди існування:
проектування, виробництво і експлуатацію.
Проблеми надійності технічних виробів у кожному з названих періодів
мають свої особливості й розв'язуються по-різному. В період проектування
рівень надійності виробів заклдається, при виробництві — забезпечується, а
при експлуатації — підтримується. Заходи, що визначають надійність
виробів у кожному з періодів існування, поділяють на загальні (стратегічні) і
часткові (тактичні).
Щоб створити сприятливі умови для роботи машин і обладнання,
потрібно регулярно змащувати рухомі з'єднання, захищати їхні деталі від
потрапляння агресивних речовин і забруднення. Особливо важливо
ізолювати поверхні технічних об'єктів, якщо навколишнє середовище
насичене абразивними частинками. У сучасних складних технічних системах
передбачені спеціальні давачі й системи контролю, які дають змогу
вимірювати основні параметри (тиск оливи, температуру, зусилля тощо) і
контролювати роботоздатність окремих елементів і механізмів. Така постійна
технічна діагностика необхідна для забезпечення раціональних умов
експлуатації і підвищення надійності виробів.
Заходи підвищення довговічності здорожують конструкцію. Необхідне
застосування якісних матеріалів, введення нових технологічних процесів,
інколи організація нових ділянок цехів, що вимагає додаткових
капіталовкладень. Це дорожчання нерідко відлякує керівників підприємств,
що розглядують питання про вартість машини спрощено. Проте ці витрати
12
цілком виправдані. Вартість виготовлення деталей, що визначають
довговічність машини, незначна в порівнянні з вартістю виготовлення
машини, а остання, як правило, невелика в порівнянні із загальною сумою
експлуатаційних витрат.
Нікчемні в загальному балансі додаткові витрати на підвищення
довговічності дають кінець кінцем величезний виграш в результаті збільшення
сумарної корисної віддачі машини, зменшення простоїв і вартості ремонтів.
Звідси витікає важливий практичний висновок: прагнучи до
здешевлення машини, не потрібно шкодувати витрат на виготовлення
деталей, які визначають довговічність і надійність машин.
Таким чином забезпечення надійності роботи центрифуг є актуальною
задачею. Її виконання дозволить зменшити екслуатаціні витрати та витрати,
що пов’язані зі псуванням харчової сировини під час простоювання машини.
В цьому сенсі доцільно підвищити довговічність розгінної муфт приводу, а
також підшипниковх опор ротору.
1.2 Огляд літератури, патентні дослідження
Найбільш розповсюдженим засобом розділення рідких неоднорідних
систем під дією відцентрових сил є сепарування. Основна частина
центрофуги – барабан (ротор) з суцільними або дірковими стінками, який
обертається з підвищеною швидкістю на горизонтальному або
вертикальному валу.
Розрізняють наступні процеси розділення суспензії в центрифугах:
1) відцентрове фільтрування,
2) відцентрове відстоювання,
3) відцентрове освітлення.
Відцентрове фільтрування зображує собою процеси розділення
суспензії в центрофугах з дірковими барабанами (рис. 1.1, а). Внутрішня
13
поверхня барабана покрита фільтрованою тканиною. Отримана суспензія
відцентровою силою відкидається до стінок барабана, і тверда фаза
залишається на поверхні тканини, рідина під дією відцентрової сили
проходить через шар осаду і тканини видаляється назовні через отвори в
барабані.
а) б)
1-барабан; 2-кожух; 3-труба живлення
Рисунок 1.1 - Центрифуги: а – з дірковим барабаном; б – з суцільним
барабаном
Відцентрове фільтрування в загальному випадку складається з трьох
фізичних процесів що послідовно протікають:
1) фільтрування з утворенням осаду,
2) ущільнення осаду,
3) видалення з осаду рідини, що утримується молекулярними силами.
При допомозі відцентрованого фільтрування може бути досягнута
висока ступінь зневоднення осаду.
Відцентрове відстоювання зображує собою процес розділення суспензії
в центрифугах, які мають барабани з суцільними стінками (рис. 1.1 б).
Суспензія вводиться в нижню частину барабана і під дією відцентрової сили
14
відкидається до стінок. Безпосередньо біля стінок утворюється шар осаду, а
рідина утворює внутрішній шар осаду, а рідина утворює внутрішній шар і
витискає з барабана, що надходить на розділення суспензій.
Підіймаючись догори, рідина переливається через закраїну барабана і
видаляється назовні.
При відцентровому відстоюванні відбувається два фізичних процеси:
1) осадження твердої фази,
2) ущільнення осаду.
Освітлення відцентрове також проводиться в суцільних барабанах і
слугує для очистки рідини, що утримують незначну кількість твердої фази.
Цей процес застосовується для очистки рідин, що утримують незначну
кількість твердої фази, для розділення тонких суспензій і колоїдних розчинів.
По фізичній сутності відцентрове освітлення зображує собою процес
вільного осадження твердих частин в полі відцентрових сил.
Центрифуги класифікуються за наступними ознаками:
1) по величині фактора розділення;
2) по величині індексу продуктивності;
3) по режиму роботи (періодичний або безперервний);
4) по способу вивантаження осаду;
5) за конструктивним признаками.
Центрифуга безперервної дії з вивантаження пульсуючим поршнем
призначена для безперервного розділення суспензій, що утримують тверду
фазу у вигляді крупно і середньо подроблених кристалів, швидко
витрачуючи текучість з відношенням твердої та рідкої фаз т:р=1:0,8/1:1,5.
Горизонтальна фільтруюча центрифуга безперервної дії з шнековою
вигрузкою осаду призначена для розділення суспензій на рідку та тверду
фази шляхом фільтрації через спеціальне сито.
В центрифугі можуть оброблюватися суспензії, в яких вміст твердої
фази складає 20:60% по вазі (Т:Р=1:4/1,5:1) і в яких значна частина твердої
15
фази скла дається з частинок, розміром більш 0,15 мм, що обумовлено
шириною щілин сита. При роботі центрифуги деяка кількість частинок
твердої фази розміром менше 0,15 мм проходить через щілини сита і
виноситься фільтратом. Тому такі центрифуги щоб уникнути втрат твердої
фази, доцільно використовувати в виробництвах де фільтрат повертається в
цикл, або де передбачається додаткове обладнання для уловлення твердої
фази, що виноситься фільтратом.
Відома центрифуга безперервної дії (рис. 1.2) за патентом України на
винахід №60979. «Недоліками її прототипу є недостатня якість зневодненого
продукту та складна конструкція Це пояснюється тим, що швидкість
обертання нахиленого диска (за рахунок тертя зневодненого продукту з
нахиленим диском) наближується до швидкості обертання ротора, в наслідок
чого вивантаження осадку нахиленим диском залишається незмінним.
Дуже часто при коливаннях кількості тонких шламів у вихідній
суспензії з'являється необхідність збільшення часу знаходження матеріалу в
центрифузі (для одержання необхідної вологості).
В основу винаходу покладено задачу створення центрифуги
безперервної дії, у якій регулювання розбіжності швидкостей обертання
нахиленого диска та ротора підвищує якість зневодненого продукту та
спрощує конструкцію.
Поставлене задача вирішується таким чином, що у центрифузі
безперервної дії, яка містить змонтований на приводному валі фільтруючий
ротор, розташований в середині нього перфорований розподільний конус,
нахилений диск, який встановлено на осі коаксиально валу ротора та
живильний патрубок, відповідно до винаходу, нахилений диск жорстко
закріплено на одному кінці осі, яка встановлена з можливістю обертання, а на
іншому - закріплено гальмовий пристрій, який виконано, наприклад, у
вигляді індукційної муфти.
16
Центрифуга працює таким чином. Вихідна суспензія по живильному
патрубку 2 подається на розподільний конус 6, в якому частина рідини
відходить через отвори 7, попадає до камери 11 та віддаляється з центрифуги.
Частково обезводнений продукт надходить до внутрішньої порожнини
обертового фільтруючого ротору 4. Під дією відцентрової сили тверді
частини відкидаються до периферії, при цьому рідина виводиться із ротора
через отвори 5, попадає до камери 12 та виводиться із центрифуги. У міру
того, як осадок накопичується у роторі 4 він вступає у контакт з нахиленим
диском 9 та за рахунок сил тертя розкручує його. При обертанні диск 9 зсуває
осадок у напрямку виходу із ротора, після чого він попадає до камери 13 та
виводиться із центрифуги».
Рисунок 1.2 – Центрифуга за патентом України № 60979
17
Відома центрифуга безперервної дії (рис. 1.3) за патентом України на
винахід №5849. «Недоліком відомих центрифуг є підвищена вологість осадку
та низька продуктивність. Це пояснюється тим, що осадок у роторі
ущільнюється настільки, що перешкоджає зайвій волозі проникнути до
перфорованої поверхні вийти до фільтрату. Крім цього, підвищена густина
осадку підвищує силу тертя та знижує швидкість його розвантаження.
Рисунок 1.3 – Центрифуга за патентом України № 5849
Центрифуга працює таким чином. Висхідна суспензія по живильному
патрубку 2 подається на роздільний конус 9, в якому частина рідини
відходить через отвір 10, попадає до камери 13 та віддаляється з центрифуги.
Частково обезводнений продукт надходить до внутрішньої порожнини
обертового фільтруючого ротору 4. Під дією відцентрової сили тверді
частини відкидаються до периферії, при цьому рідина виводиться через отвір
18
5, попадає до камери 14 та виводиться із центрифуги. У міру того, як осадок
накопичується у роторі 4 він вступає у контакт з нахиленим диском 12 та за
рахунок сил тертя розкручує його, при обертанні диск 12 зсуває осадок у
напрямку виходу із ротора, після чого він попадає до камери 15 та
виводиться із центрифуги.
Накопичений на внутрішній, поверхні фільтруючого ротора осадок
розпушується на окремі фрагменти, між якими в утворені щілини
направляється волога, яка витікає у фугат через перфоровану поверхню
ротору. При цьому сила тертя між розпушеним осадком та перфорованою
поверхнею зменшується, а швидкість розвантажування збільшується, таким
чином збільшується продуктивність центрифуги».
З виконаного огляду можна зробити висновок, що існує багато
конструкцій центрифуг, в тому числі горизонтальних фільтрувальних. Однак
у відомих конструкціях приділено недостатньо уваги підвищенню
довговічності вузлів центрифуг.
Актуальним є розробка заходів для підвищення довговічності основних
вузлів центрифуги, які підлягають спрацюванню: відцентрової фрикційної
муфти та підшипникових опор ротору.
1.3 Опис обладнання що розроблюється
1.3.1 Опис технологічної лінії
Основне завдання виробництва картопляного крохмалю — максимальне
витягання крохмалю шляхом розриву найбільшого числа кліток бульби і
подальше очищення крохмальних зерен від нерозчинних і розчинних домішок.
Весь процес такого виробництва складається головним чином з механічних
операцій і заснований на двох властивостях зерен крохмалю: нерозчинності їх в
холодній воді і малих розмірах при порівняно великій щільності.
19
Для транспортування картоплі застосовується гідравлічний
транспортер (рис. 1.4). Гідравлічний транспортер 1 є жолобом,
розташованим з ухилом у бік заводу. Він прокладається уздовж сховища або
оборотного складу для картоплі.
У найбільш високу (головну) частину жолоба по трубопроводах через
регулюючі крани подається вода, яка підхоплює бульби картоплі, що
скидаються рівномірно з сховища в жолоб, і пересуває їх до заводу.
На виході з гідравлічного транспортера встановлюють
соломоловушку 2 моделі СБГМ-1. Її захвати рухаються за допомогою
ланцюгів і очищають поверхню води від часток соломи, що спливли.
Для підйому картоплі в приміщення заводу застосовується насос
спеціальної конструкції 3 марки РЗ-ПНК-200, що складається з корпусу і
робочого колеса. Насос подає суміш води і картоплі на висоту до 15 м, де
встановлений водовіддільник марки РЗ-ПВ-200.
Водовіддільник 4 складається з перфорованого барабана, куди поступає
суміш води і картоплі. При обертанні барабана брудна вода з кожуха
виходить в корпус і патрубок. Картопля пересувається за допомогою
спіралей і викидається крізь патрубок на миття.
Далі бульби картоплі необхідно ретельно відмити перед їх подрібненням.
Від них мають бути повністю відокремлені всі важкі і легкі домішки.
Картопля шнековим транспортером 5 подається в мийну машину 6.
Мийна машина моделі КМ-100 є апаратом, що складається з ночвоподібного
резервуару. Резервуар роздільний поперечними перегородками на ряд камер
трьох видів, кількість яких визначається продуктивністю заводу і ступенем
забрудненості картоплі. Бруд проходить крізь решітки в збірники, і його
періодично видаляють з мийки, відкриваючи відповідні клапани.
Далі проводиться відмірювання необхідної кількості картоплі за
допомогою автоматичних вагів 7 марки ОКР.
20
Після цього проводиться найважливіша операція картофеле-
крахмального виробництва – подрібнення.
Рисунок 1.4 – Технологічна лінія виробництва картопляного крохмалю
21
Рисунок 1.5 – Технологічна лінія виробництва картопляного крохмалю
(продовження)
При подрібненні основна кількість кліток картопляної бульби
розривається і зерна крохмалю вивільняються. Крохмаль, звільнений з
розірваних кліток, називають «вільним» на відміну від «зв'язаного» крохмалю,
що залишився в нерозірваних клітках.
Найбільш поширеними і такими, що дають кращі техніко-економічні
показники машинами для подрібнення картоплі: є стираючі машини (терки).
Для первинного подрібнення використовуються картоплетерки 8 марки
ZТ-350. Їх робота заснована на використанні робочих органів у вигляді пил із
зубцями.
22
Після цього проводиться вторинне подрібнення (перетирання) на
подрібнювачах 9 марки Ш5-ПКИ-400. Їх принцип роботи полягає в перетиранні
маси сировини між робочими органами, що обертаються.
Отримана після подрібнення кашка прямує в збірник 10.
Подрібнена картопля зі звільненим з розірваних кліток клітинним соком
повинна щонайшвидше звільнятися від нього. Одним з радикальних способів
звільнення кашки від основної маси клітинного соку є її обробка без
розбавлення або при невеликому (на 20—30%) розбавленні на осаджувальних
центрифугах 11 типу ОГШ. Після цього кашка поступає в збірник 12.
При розбавленні кашки після терки зазвичай застосовується поворотна
вода, наприклад рідке крохмальне молоко після промивання дрібної мезги. Для
відмивання вільного крохмалю застосовується фільтрувальна центрифуга 13
марки ФГШ.
Отримана при віджиманні на центрифузі мезга йде на подальшу
переробку. Прийнято вважати, що маса сирої мезги вологістю 94% складає 70-
75% мас переробленої картоплі при вмісті в її сухій речовині близько половини
крохмалю. Окрім крохмалю, в меззі залишаються цукор, пектинові речовини і
клітковина. Отримана мезга передається на обезводнення на спеціальний
валковый прес 14 і далі – на пневматичну сушарку 15.
У той же час, при попередньому виділенні клітинного соку
центрифугуванням кашки після подрібнення картоплі по описаній схемі в ній
залишається 30—40% сухих речовин клітинного соку. Рідина, що входить до
складу крохмального молока, називається соковою водою. Вона відділяється
на осаджувальній центрифузі 16.
Під час роботи осаджувальних центрифуг 16 крохмальне молоко сильно
насичується повітрям. При цьому утворюється стійка піна, яка відходить з
соковою водою в пінозбірник 17, захоплюючи з собою деяку кількість
крохмальних зерен.
Для кристалізації глюкози використовується кристалізатор 18.
23
Після відмивання крохмалю його розводять і отримують крохмальне
молоко. В цілях поліпшення якості крохмалю крохмальне молоко піддають
рафінуванню — відділенню дрібної мезги, що залишилася в ньому, на
рафінувальних ситах 19.
Розчин після коагуляції мезги направляється спочатку на кожухотрубний
теплообмінник 20, а потім на випарний апарат 21 (рис. 1.5).
Проте після рафінування в крохмальному молоці ще міститься
невелика кількість розчинних речовин клітинного соку, залишки тонкої
мезги і інші забруднення. Для отримання крохмалю високої якості необхідно
видалити майже всі домішки.
З цією метою проводиться промивання крохмалю на гідроциклонах 22.
Чинник розділення при обробці на гідроциклонах значно вище, ніж при
обробці в осаджувальних центрифугах. Обробка крохмального молока на
гідроциклонах проводиться послідовно 3—4 рази.
Після відділення на центрифугах крохмаль подається транспортними
пристроями в пневматичну сушарку 23 і висушується у висхідному струмені
підігрітого повітря. Температура самого крохмалю в процесі висушування не
повинна перевищувати 40—45°, що в умовах такої сушарки «миттєвої дії»
забезпечується при температурі повітря не вище 180— 200° С. Висушений
крохмаль проходить обробку — просіюється на ситових апаратах з тонкою
капроновою сіткою і фасується в багатошарові паперові мішки.
Вологість сухого картопляного крохмалю має бути 20%, що забезпечує
його хорошу якість при тривалому зберіганні.
На сучасних картофелекрохмальних заводах весь процес виробництва
безперервний, нетривалий і повністю механізований. Від надходження картоплі
у виробництво до отримання сухого крохмалю проходить всього 1—1,5
години.
Роль робітників і інженерно-технічного персоналу зводиться до
контролю за ходом технологічного процесу, зупинки і пуску окремих видів
24
устаткування, догляду за ним (зміна ситових рам, заміна деталей, що
зносилися, і ін.). Особлива увага приділяється досягненню максимального
виходу крохмалю і забезпеченню його високої якості.
1.3.2 Опис обладнання що розробляється
Горизонтальна фільтруюча, безперервної дії, з шнековим
вивантаженням осаду, може використовуватися для розділення суспензії на
тверду та рідку фази шляхом фільтрації через спеціальне сито.
В центрифузі можуть оброблюватися суспензії, в яких вміст твердої
фази складає 20-60% по вазі фази складається (Т:Р=1:4/1,5:1), і в яких значна
частина твердої фази складається з частинок, розміром більше 0,15 мм, що
обумовлюється шириною щілини сита. При роботі центрифуги деяка
кількість частинок твердої фази розміром менше 0,15 мм проходить через
щілини і виноситься фільтратом. Тому таку центрифугу, запобігаючи втратам
твердої фази, доцільно використовувати де фільтрат повертається в цикл, або
де передбачається додаткове обладнання для уловлювання твердої фази, що
виноситься фільтратом.
В центрифузі можуть оброблятися суспензії, що містять як розчину так
і нерозчинну тверду фазу, кристалічну і некристалічну тверду фазу, а в
окремих випадках і волокнисту тверду фазу.
Центрифуга складається з наступних основних вузлів: ротор, шнек,
редуктор, приводний вал, вал шнека, кожух ротора, кожух з трубою
живлення, станина, корінні опори, привод з відцентровою муфтою, механізм
захисту редуктора, лоток перекидний, кронштейн, водозбірник, патрубок.
Основним робочим органом центрифуги є конічний ротор 1, стінки
якого оздоблені наскрізними профільованими щілинами, розташованими
паралельно на його внутрішній поверхні викладено і закріплено
тонколистове щільове сито 2.
25
Усередині ротора, співвісно з останнім, розташований шнек 3,
призначення якого безперервно видаляти осад із ротора. Шнек обробляється
з швидкістю декілька меншою швидкістю ротора.
По д а ч а с у с п е н з і ї
54
2 0 19 7 0 56 13 1 59 10 50 14 12 38
4
6 2
5
39
4 0
57
30
15
3
18
4 1
2 8
35
36
37
По д а ч а п р о м и в н о ї
рі д и н и 32
2 2
2 1
Зл и в с т о к і в
з л а б і р и н т а
9
2 4 2
34 31
33 4 9
6 1
Зл и в ф іл ь т р а т у 51
та п р о м и в н о ї р і д и н и 6 3
6
2 3 7
1. Ц е н т р и ф у г а в с т а н о в л ю є т ь с я і
ви в і р я є т ь с я п о р і в н ю п о з . 1 3 .
2. * Р о з м і р и д л я д о в і д о к .
Ви х і д
ос а д у
4 8
З60
52 17 16 8 2 9
Зл и в п р о м и в н о ї р і д и н и
Рисунок 1.6 - Центрифуга ФГШ-400
Різниця в швидкостях обертання ротора і шнека створюється
планетарним редуктором 4, змонтованим на головному валу 5. Головний вал
встановлений в корінних опорах 6,7. Ротор, шнек та редуктор закриті
кожухами 8 та 9, закріпленими на станині 10. Ротор з головним валом
приводиться в обертання клинопасовою передачею.
26
Для аварійного захисту редуктора при перенавантаженнях, які можуть
викликати його поломку, використовуються спеціальні механізм захисту
редуктора 11.
Суспензія попадає в ротор за допомогою труби живлення 12,
закріпленої на кожусі 13. Суспензія попадає в порожнину шнека, звідти за
допомогою відцентрової сили відкидається на внутрішню поверхню ротора.
Тут рідка фаза суспензії майже миттєво відфільтровується, а тверда
фаза залишається на ситі, утворюючи шар осаду. осад захватується витками
шнека і транспортується ними по напрямку до широкої частини ротора.
Досягнувши кромки ротора, осад переходить на конусне кільце 14,
привернути до ротора, звідки відцентровою силою відкидається в кожух 13.
Рідка фаза, пройшовши дренажні щілини ротора, потрапляє в кожух ротора і
по змив очній трубі 15 видаляється з машини.
До труби живлення прикріплюються дві проливні труби для подачі
промивної рідини на внутрішню поверхню ротора. Для запобігання
потрапляння води в збірник для сухого осаду при обмиванні ротора
передбачений перекидний лоток 16 закріплений за допомогою кронштейна
17 на ралі 18.
В робочому положенні перекидний лоток стоїть вертикально, не
заважаючи виходу сухого осаду з кожуха. При обмиванні ротора перекидний
лоток переводиться в похиле положення, направляючи промивну воду в
водозбірник 19 закріплений на ромі. З водозбірника вода видаляється за
допомогою патрубка 20.
Для забезпечення безперервної ефективності роботи центрифуги вкрай
важлива постійність концентрації та об’ємної подачі суспензії. Різкі їх
коливання можуть відбитися на вологості осаду, а різке їх зростання може
призводити до забивання шнека осадом, спрацюванню механізму захисту
редуктора, відключенню привода центрифуги до частих та тривалих її
простоям. Для ефективної роботи центрифуги необхідно встановити
27
оптимальний зазор між ротором і шнеком. Його величина залежна від
величини твердої фази суспензії і її концентрації. Оптимальна величина
зазору встановлюються дослідним шляхом.
Перевагами даної центрифуги є:
- величина продуктивності по твердій фазі 2,5/3,5 т/год.
- безперервність процесу очистки ротора.
- застосування механічного запобіжного елемента.
- можливість зміни розмірів чарунок сита.
Планетарний редуктор. Планетарний редуктор (рис. 1.7) служить для
передачі обертання від головного валу машини валу шнека з
уповільненням частоти обертання.
Обертання останнього на 44 обороти в хвилину. Редуктор кріпиться
консольно до шківа головного валу. Він має два ступені зубчастих передач.
Перший ступінь утворений сонячною шестернею 3, трьома шестернями
сателітів 5 з голчастими підшипниками, що сидять на вісях 4, і зубчастим
вінцем 7, запресованим в корпус редуктора. Другий ступінь утворений
сонячною шестернею 8, трьома шестернями сателітів 9 і зубчастим вінцем
10. У кожному з сателітів передбачено по два голчсті підшипники. З боку
торців сателіти обмежені дистанційними загартованими шайбами, що
запобігають зношуванню водил. Для ущільнення стику кришок редуктора з
його корпусом передбачені гумові кільця 6 і 11, а для ущільнення проходів
вхідного і вихідного валів редуктора — манжети 2 і 13.
28
1- важеля; 2 – ущільнення манжети; 3 — сонячна шестерня першого
ступеня; 4— вісі сателітів; 5, 9— сателіти; 6, 11 — гумові кільця; 7, 10— вінці
зубчасті; 8— сонячна шестерня другого ступеня; 12— шайби дистанційні;
14 — вихідний вал; 15, 16 — кришки; 17 — водило другому ступеню;
18 — корпус; 19— пробки; 20 — водило першому ступеню; 21—кришка
передня; 22 — крышка торець
Рисунок 1.7 - Планетарний редуктор центрифуги ФГЩ-401К-1
(окремо показана принципова кінематична схема)
29
Під час роботи вихідний вал загальмовується (утримується від
обертання) важелем 1, що упирається своїм гумовим роликом у важіль
механізму захисту редуктора. Кінець вихідного валу 14 є шліцьовою
втулкою, сполученою з шліцьовим кінцем валу шнека.
Розбирання редуктора необхідно вести в наступному порядку.
Відвернути пробку 19 і злити масло; відвернути болти і від'єднати задню
кришку 16 з гумовим кільцем 11 від корпусу редуктора 18. Вийняти кришку
15 і манжети 13, вийняти з корпусу водило 17 другому ступеню в зборі.
Зняти знімачем підшипники з водила другому ступеню. Провернути
редуктор на 180°, відігнути вусик стопорної шайби, відвернути гайку і зняти
важіль 1. Відвернути болти і зняти кришку 22 з манжетами 2, вийняти
манжети. Відвернути болти і зняти передню кришку 21 редуктора. Зняти
пружинне кільце, вийняти сонячну шестерню 3 з переднім підшипником.
Трубчастою наставкой зняти підшипник. Вийняти водило 20 першого
ступеня. Знімачем зняти підшипник водила.
Відвернути гвинти і зняти кришку водила другому ступеню, зняти
дистанційні шайби 12, сателіти 9 з голчастими підшипниками. У разі потреби
вибиванням вибити осі сателітів, зняти дистанційні кільця. Знімачем зняти
підшипник з кришки водила.
Відвернути гвинти, зняти ліву щоку водила першому ступеню
дистанційні шайби і сателіти 5 з голчаними підшипниками. Якщо
знадобиться, вибити вибиванням осі сателітів і зняти дистанційні шайби.
Знімачем зняти підшипник з правої щоки водила. Відвернути стопорний
гвинт, за допомогою надставки вибити сонячну шестерню 8.
Складання проводиться в послідовності, зворотному розбиранні.
Якість складання перевіряють, обертаючи важіль 1.
30
1.3.3 Опис розробленого технічного рішення
З метою підвищення надійності роботи центрифуги та її довговічності
пропонується внести низку змін до конструкції окремих вузлів даної
машини.
Вузлами, які можуть підлягати інтенсивному зношуванню або ж які
можуть працювати у несприятливих умовах, є: відцентрова фрикційна муфта
приводу ротора, підшипникові опори ротора та підшипникові опори шнеку.
Відцентрова фрикційна муфта (рис. 1.8, а) встановлюється на валу
електродвигуна приводу ротору центрифуги. Вона призначена для плавного
розгону ротору, що дозволяє зменшити пусковий момент на валу
електродвигуна і, таким чином, стає можливим використовувати
електродвигун меншої встановленої потужності. Принцип дії фрикційної
муфти полягає у наступному. Центральний вал муфти насаджується на вал
електродвигуна та сполучається з ним за допомогою шпонки. На
центральному валу встановлені підшипники кочення, на яких, в свою чергу,
встановлені фланці. Поміж радіальними виступами центрального валу вільно
із зазором розміщуються колодки з прикрученими до них фрикційними
накладками з матеріалу, який має підвищений коефіцієнт тертя. Зовнішній
корпус муфти утворює шків клинопасової передачі приводу. При обертанні
центрального валу його радіальні виступи примушують обертатись
фрикційній колодки. Так як ротор центрифуги нерухомий і має значний
момент інерції, то на початку пуску фрикційні колодки просто прослизують
по внутрішній поверхні шківа. Проте з часом, внаслідок дії сил тертя, шків
починає поволі обертатись, все більше розганяючись. При збільшенні
швидкості обертання ротору, його інерція зменшується, внаслідок чого
відбувається остаточний розгін шківа та ротору центрифуги до робочої
частоти обертання у 2550 обертів за хвилину.
31
а) б)
а) – відцентрова фрикційна; б)- гідравлічна
Рисунок 1.8 – Заміна пускової муфти приводу ротору центрифуги
Однак фрикційні накладки такої муфти з часом зношуються, що
призводе до зменшення частоти обертання ротору центрифуги та зниження
ефективності її роботи. При заміні накладок цей недолік усувається, але все
ж складно від слідкувати той момент, коли параметри роботи центрифуги
недопустимо погіршуються, що є суттєвим недоліком. До того ж, при не
уважній експлуатації та ремонті муфти можливе потрапляння машинного
мастила з інструменту слюсаря або з підшипників муфти на поверхні тертя
фрикційних накладок або ж на внутрішню поверхню шківа. При цьому стане
неможливим розгін ротору центрифуги до робочої швидкості.
Застосування ж гідравлічної муфти (рис. 1.8, б) замість фрикційної
усуває ці недоліки. Устрій гідромуфти подібний до фрикційної, але
обертовий момент між ведучої та веденої ланками муфти передається за
допомогою рідини – машинного мастила. При обертанні ведучого робочого
колеса рідина розганяється і з напором тисне на ведене робоче колесо, на
його лопатки. Внаслідок цього ведене робоче колесо, яке жорстко з’єднане зі
32
шківом пасової передачі, поступово розганяється до робочої швидкості.
Гідромуфта не має деталей, які інтенсивно зношуються, завдяки чому
надійність її роботи значно вища, а значить – вища і надійність роботи
центрифуги.
Іншим важливим вузлом є підшипникові опори ротору центрифуги.
Особливу увагу до умов роботи підшипника необхідно приділяти стосовно
передньої опори ротора. Саме суди можуть потрапляти частинки сировини,
яка обробляється ротором центрифуги. Це можуть бути і краплі рідини і
частинки крохмалю, які в ній знаходяться. При потраплянні сировини в
підшипник він інтенсивно зношується та швидко виходить з ладу. Це
приведе до збільшення кількості ремонтів та простоїв центрифуги, а також до
здороження її експлуатації.
Задля захисту підшипників в центрифузі застосовується дискове
ущільнення (рис. 1.9, а). Воно складається з дисків, які жорстко встановлені
на валу і які розміщуються у відповідних кільцевих обоймах. Диски з
обоймами чергуються вздовж вісі валу. Простір між дисками і обоймами
заповнюється густим консистентним мастилом, що і повинно запобігати
проникненню частинок сировини в підшипник. Однак при
високошвидкісному обертанні валу диски утворюють значні відцентрові
сили, які створюють напір мастила і примушують його виходити з кільцевих
обойм. Таким чином з часом кількість мастила в обоймах зменшується, що
призводить до погіршення герметизації підшипника.
Пропонується замінити вказане ущільнення на інше, яке володіє
кращою надійністю в роботі. Пропоноване ущільнення є комбінованим
(рис. 1.9 б). Основним елементом захисту підшипника є гумова манжета з
пружинним кільцем. Вона щільно контактує з валом, чим забезпечується
достатньо надійний захист підшипника. Але для того, щоб унеможливити
рух рідини по валу застосовано ущільнення з відцентровим воротником.
33
Принцип дії його наступний – при потраплянні рідини або інших
часток на ворітник відцентрові сили відкидають ці частки в кільцевий
простір, утворений отвором фланця та його центральною ступицею з
відбортовкою. Таким чином частки гарантовано стікають в цьому кільцеву
просторі донизу і витікають з фланця крізь виборку в його нижній частині.
а) б)
а) – дискове ущільнення; б) - комбіноване ущільнення, манжетне із
відцентровим воротником
Рисунок 1.9 – Заміна ущільнення передньої підшипникової опори ротору:
Залишається додати, що задля забезпечення ремонтопридатності валу
на його частину, по які треться манжета, встановлено змінну втулку. Для
внутрішньої герметизації втулка має дві канавки з гумовими кільцями. А
поверхня втулки, по якій треться манжета, покрита шаром металокераміки.
34
Це дозволяє істотно зменшити зношування втулки і манжети та нагрів
манжети при терті. Все це значно подовжує строк експлуатації манжети.
Всі запропоновані заходи дозволяють гарантовано забезпечити
відсутність потрапляння сторонніх часток в передній підшипник ротору
центрифуги, що збільшує надійність його роботи та довговічність.
В підшипниковій опорі шнеку застосовані шкіряні манжети (рис.
1.10 а). Вони встановлені з певним інтервалом та мають запас на зношування.
Проте недоліком такого ущільнення є недостатньо щільний контакт з
поверхнею обертового валу.
а) б)
а) – шкіряні манжети; б) – гумові армовані манжети з пружинним кільцем
Рисунок 1.10 – Заміна ущільнення підшипникової опори шнеку
Виправити цей недолік дозволяє застосування гумових армованих
манжет, які мають пружинне кільце. Контакт із валом у таких манжет
набагато більш щільний, що підвищує захищеність підшипників, а значить –
їх довговічність. Задля розміщення гумових манжет змінено конфігурацію
внутрішнього отвору стакану, а також введено конусну поверхню на валу
задля покращення зручності монтажу манжет.
Враховуючи, що частота обертання шнеку відносно ротора складає
лише 44 оберти за хвилину, застосовувати металокерамічне покриття валу в
даному випадку недоцільно.
35
Запропоновані заходи дозволяють комплексно покращити надійність
роботи центрифуги та її довговічність. Це призводить до зменшення витрат
на її експлуатацію, а також до зменшення збитків від простоювання
обладнання технологічної лінії.
1.3.4 Вимоги до монтажу та експлуатації обладнання
Монтаж центрифуги. Сучасні промислові центрифуги, як правило,
комплектуються віброізолюючими пристроями. Великогабаритні
центрифуги, що не мають віброізолюючих пристроїв, встановлюються на
масивних, зазвичай індивідуальних, фундаментах, що споруджуються на
першому поверсі виробничої будівлі. Розміри фундаменту залежать від
ваги, габаритів і коефіцієнта динамічності центрифуги. Їх масивність і
міцність необхідні для запобігання надмірним вібраціям.
Центрифуги, комплектовані віброізоляцією, можуть встановлюватися
на значних відмітках виробничих споруд, оскільки віброізоляція майже
повністю виключає передачу динамічного навантаження на будівельну
конструкцію.
Для розбирання центрифуг в період ремонту необхідно передбачити
підіймальні пристрої, що забезпечують демонтаж найбільш важких вузлів і
деталей: верхньої частки станини, кожуха, ротора в зборі з валом, приводу
та ін.
Висота приміщення вибирається з таким розрахунком, щоб вона
була достатня для розбирання і складання машини, а на майданчику
навколо неї можна було встановити стелажі для розміщення деталей і
вузлів. Для зручності обслуговування центрифуги навколо її постаменту
(або плити віброізоляції) необхідно забезпечити вільні проходи
шириною 1,5—3 м (залежно від габаритів машини).
36
Пульти центрифуг бажано розташовувати на майданчику попереду
машини, забезпечивши прохід між пультом і центрифугою 2—3 м.
Підприємства-виготівники поставляють центрифуги в зібраному
вигляді.
Приміщення для установки центрифуг мають бути світлими і
опалювальними. До монтажу центрифуги повинні зберігатися в закритих
сухих складських приміщеннях. Перед монтажем необхідно провести
розконсервовування машини, складальних блоків, знімних вузлів і деталей.
Настановні майданчики спеціально підготовлених фундаментів або
міжповерхових перекриттів мають бути рівними і суворо горизонтальними.
Монтаж центрифуг на віброізоляції здійснюється в наступному
порядку. На бетонованому майданчику встановлюються пружинні
амортизатори віброізолюючих пристроїв. На них ставиться чавунна плита в
зборі з центрифугою або залізобетонний постамент, виготовлений на місці
монтажу, а потім на постамент встановлюється зібрана центрифуга (або
проводиться її блокова збірка). Залізобетонні постаменти застосовуються
для великогабаритних машин. Горизонтальність установки центрифуги
перевіряють рівнем.
При монтажі центрифуги на гумових амортизаторах необхідно
спочатку поставити на підготовлений бетонний майданчик металеву раму,
що входить в комплект центрифуги, а після вивіряння горизонтальності
закріпити її фундаментними болтами і бетонним розчином. Для установки
рами по рівню призначені регулювальні гвинти і опорні підкладки. Станину
центрифуги ставлять підставою безпосередньо на амортизатори і потім
кріплять до них. Слід мати на увазі, що пружинні амортизатори, а також
металеві рами під гумові амортизатори необхідно розташовувати проти
несучих балок перекриття.
Центрифуги, що не мають віброізоляції, встановлюються на
фундаменті по рівню за допомогою регулювальних гвинтів в станині
37
центрифуги і металевих підкладок. Встановлену центрифугу закріплюють
фундаментними болтами і бетонним розчином.
Наступним етапом монтажу є під'єднування комунікацій підведення
суспензії, промивних рідин, пропарювання і ін. До завантажувальної
комунікації потрібно підвести промивну рідину або пару, необхідні для
промивання (пропарювання) трубопроводу або штуцера
завантажувальної ємкості в разі утворення пробок.
Завантажувальний пристрій центрифуги повинен мати оглядове скло
для спостереження за подачею суспензії. За відсутності на центрифузі
спеціального завантажувального клапана, регулюючого подачу суспензії, на
штуцері підведення або подачі суспензії встановлюють дозуючу шайбу для
забезпечення рівномірного живлення центрифуги.
Змонтовані обв'язувальні трубопроводи не повинні спиратися на
кожух центрифуги, оскільки це може викликати його перекіс і заїдання в
лабіринтах.
У тому випадку, коли центрифуга вмонтовується на віброізоляції,
всі з'єднання комунікацій, що підводять і відвідної, повинні виконуватися на
гнучкому зв'язку.
Якщо суспензія подається в центрифугу із завантажувальної ємкості,
то остання повинна мати перемішуючий пристрій, що забезпечує постійне
відношення твердої речовини до рідини. Трубопроводи, що під'єднуються
до воздушникам кожуха, виконуються без різких переходів (скорочень)
вихідного перетину.
Корпус центрифуги, привід, пульти і станції управління мають бути
надійно заземлені.
У зв'язку з тим, що при роботі центрифуг може виникнути вібрація,
всі дроти, що йдуть від щита управління до пульта і клемних коробок
елементів автоматики, розташованих безпосередньо на центрифузі, а також
38
до електродвигунів, мають бути з міді. Застосування алюмінієвих проводів
не допускається.
Пуск центрифуги. Центрифуга поставляється замовникові в робочому
стані. Перед першим пуском на холостому ходу необхідно перевірити
наявність зазору між ситом і витками шнека. Для цього знімають кришки
корпусу і регулювального болта, а також фіксуючу шайбу і торцевим ключем
підтягують шнек до упору в ротор, угвинчувавши регулювальний болт.
Потім щупом перевіряють величину зазору і за допомогою регулювального
болта встановлюють необхідний зазор.
Далі слід перевірити напрям обертання маслонасоса, кількість масла,
що поступає в систему за годину, і його тиск по манометру. Для
визначення подачі масла на вихідний ніпель маслостанції надягають шланг,
включають насос і, користуючись мірною ємкістю, визначають подачу, яка
має бути в межах 7—10 л/год. Подача масла регулюється голчаним
дроселем, встановленим на маслостанції. Нормальній подачі відповідає цівка
масла діаметром 1—5 мм в покажчику зливу.
Потім перевіряють наявність масла в маслобаках; рівень масла в
них має бути на 10—15 мм вище за середину оглядових вікон. Після цього
слід переконатися у відсутності заклинювання і у вільному обертанні ротора,
обертаючи його безпосередньо або через ремінну передачу. Слід також
перевірити, чи легко перекидається противага механізму захисту редуктора
і чи включається струм при спрацьовуванні кінцевого вимикача.
Пуск центрифуги починають з пуску маслонасоса. Тиск в
гідросистемі повинен складати не більше 0,6 кгс/см2 після дроселя і 2—2,5
кгс/см2 — до нього.
Необхідно періодично спостерігати в покажчику за цівкою масла, що
зливається, яка може пульсувати, але не повинна уриватися і зникати. Через
оглядове скло покажчика також спостерігають за маслом, що капає з трубки,
39
що йде з картера редуктора. Три краплі масла в хвилину свідчать про
достатність подачі мастила в підшипник.
Якщо машина пущена і нормально працює в перші півгодини,
рекомендується провести випробування на холостому ходу протягом
трьох змін, безперервно спостерігаючи за центрифугою. Після цього її
можна запустити в експлуатацію.
Експлуатація центрифуги. При роботі фільтруючої центрифуги
неминуче винесення деякої частки твердої фази з фільтратом, що залежить
насамперед від фільтруючої перегородки. Слідує, проте, мати на увазі, що,
чим більше концентрація суспензії і чим менше в ній міститься тонких
фракцій, тим менше віднесення. Тому для підвищення ефективності
центрифуги необхідно максимально підвищити концентрацію суспензії в
межах, що забезпечують достатню текучість її по трубопроводах. В кожному
випадку оптимальна концентрація встановлюється дослідним шляхом.
Причиною підвищеного віднесення твердої фази можуть служити і
погрішності у виготовленні сита, що приводять до того, що після установки
його в роторі між кінцями, що стикують його, уздовж створюючої виходить
дуже великий зазор (більше 0,25 мм). Це особливо відзначається в тих
випадках, коли стик доводиться не по ребру ротора. Останнє повинне
закривати стик, тому потрібно дуже ретельно розкроювати заготівку сита.
Інколи після задовільної роботи центрифуги протягом деякого часу
віднесення різко збільшується із-за освіти в ситі широких щілин або
проривів. Термін служби сита, залежний від абразивності твердої фази і
навантаження на центрифугу, складає в середньому 300 годин.
Якщо поступає суспензія низької концентрації, слід передбачити
попереднє згущування її і відповідне устаткування для цієї мети.
При розділенні суспензій у фільтруючих центрифугах однієї з цілей
процесу є отримання твердого продукту мінімальної вологості. Остання
залежить від гранулометричного складу твердої фази, тобто від вмісту в
40
ній тонких фракцій, а також від в'язкості рідкої фази суспензії (чим
більше ці величини, тим більше вологість остаточного продукту). Крім
того, вологість продукту помітно підвищується при істотному збільшенні
навантаження на центрифугу. Тому в кожному випадку потрібно
дослідним шляхом визначати оптимальне навантаження (продуктивність)
центрифуги при даній характеристиці суспензії і її компонентів.
Готовий продукт (тверда фаза — осад), що поступає безперервно і
ротора, скидається вниз через порожнину станини. В центрі станини
знаходиться горловина, що несе картер редуктора. Горловини сполучена із
станиною трубчастими перемичками, забезпеченими скатами. Під час
роботи центрифуги осідань потрапляє на перемички і, не дивлячись на
наявність скатів, може скупчуватися на них і досягати сполучного фланця
ротора, що приводить до гальмування машини, автоматичного відключення
приводу центрифуги і її зупинки. У зв'язку з цим необхідно кілька разів за
зміну, залежно від продукту, очищати перемички від осаду. Очищення
можна проводити через люки станини. Необхідною умовою очищення є
зупинка машини.
Нерідко осад нависає на вертикальних стінках станини і її
горловини, так що його слід періодично видаляти. Зазвичай під станиною
центрифуги встановлюється розвантажувальний конусний бункер, що
поставляється з нею, який кріпиться безпосередньо до станини. Нависання
осаду можливе і в цьому бункері. Найчастіше воно пов'язане з
підвищеною вологістю готового продукту. При періодичному очищенні
станини від осаду одночасно слід видаляти навислий осад з конуса. Звичайно
це роблять, постукуючи по конусу.
В деяких випадках при обробці гарячих суспензій (температурою 50—
80°С) з кристалічною твердою фазою на холодніших стінках станини і
кожуха, зокрема на зовнішній поверхні горловини кожуха поблизу зазору
між нею і сполучним фланцем ротора, випадають кристали, що також може
41
привести до гальмування ротора. Необхідно періодично змивати відкладення
кристалів або очищати їх механічним шляхом.
Іншим об'єктом постійної уваги при експлуатації центрифуги має бути
механізм захисту редуктора від перевантаження і його кінцевий вимикач.
Вони виготовлені із звичайних марок стали і в певних умовах можуть
піддаватися корозії, особливо при обробці агресивних суспензій. Рухливість і
працездатність цього вузла машини необхідно контролювати перед кожним
пуском центрифуги.
При експлуатації центрифуги слід систематично спостерігати за
системою мастила, оскільки її пошкодження може привести до аварії.
Спадаюча цівка масла добре видно в оглядовому склі покажчика. При її
зникненні, викликаному, як правило, неполадками в роботі маслонасоса або
його приводу, машину потрібно негайно зупинити.
Необхідно дотримуватися наступних рекомендацій. Оскільки під час
простою центрифуги в зазори можуть проникати пари оброблюваних
продуктів (це можливо також при значному зношуванні ущільнень
манжетів), не виключено попадання в систему мастила хімічних
забруднень, зниження якості масла, а також корродування окремих
деталей редуктора. Тому не рідше чим раз на місяць, краще всього при
заміні масла, слід очищати від забруднень масляні баки, зливні труби,
оглядову камеру зливної труби, переливну трубу між баками і фільтром
грубого очищення масла. При обробці особливо агресивних суспензій таке
очищення може потрібно через коротші інтервали часу, що
встановлюються дослідним шляхом При обробці гарячих суспензій масло
потрібно охолоджувати за допомогою холодильника, щоб уникнути різкого
зниження його в'язкості. Витрата води залежить від температури масла,
яка не повинна перевищувати 55 °С. Перед пуском центрифуг, що
встановлюються в приміщеннях, де в холодну пору року температура
42
нижче 10 °С, необхідно прогріти масло гарячою водою або парою, що
подаються в змійовик холодильника.
У системі маслостанції є фільтр тонкого очищення. Не рідше за раз
на тиждень рекомендується очищати щілини фільтруючого пакету,
повертаючи рукоятку, що знаходиться вище за плиту маслостанції. Раз на
тиждень потрібно, вивернувши різьбову пробку, спустити масло з
порожнини рами, розташованої під противагою.
Температура нагріву електродвигуна приводу центрифуги не повинна
перевищувати 90 °С, вища температура свідчить про його несправність. Не
слід надмірно натягувати клинові ремені, проте і при дуже слабому
натягненні вони прослизають і сильно нагрівають шків електродвигуна.
Перед запуском центрифуги необхідно заздалегідь повністю видалити
осад з ротора, шнека, з поверхні сита і із станини. Працюючу центрифугу
зазвичай промивають зверху, перед її зупинкою (не слід промивати від низу
до верху — під ротор). Щоб запобігти попаданню промивної рідини на
стрічку, що транспортує осад, рекомендується на час промивання
встановлювати під розвантажувальним бункером станини зливний лоток
для відведення рідини.
При обробці гарячої суспензії центрифугу (ротор, шнек, живильний
штуцер, станину, кожух) слід перед запуском нагрівати паром. Для
нормальної роботи центрифуги необхідні строго відрегульована подача
суспензії і постійність її концентрації. При різких коливаннях цих
параметрів можливі забивання і заїданням шнека, що приводять до
спрацьовування механізму захисту редуктора і відключення приводу
центрифуги. В цьому випадку необхідно негайно припинити подачу
суспензії в центрифугу, а перед новим пуском машини повернути механізм
захисту редуктора в початкове положення, очистивши шнек від осаду.
Інколи це вдається зробити, провертаючи його уручну за ремені назад і
43
вперед. У решті випадків (якщо це не відновить вільне обертання шнека)
потрібне промивання або часткове розбирання машини.
Перед пуском центрифуги потрібно кілька разів прокрутити ротор
уручну. Бажано підключити центрифугу до цехової звукової сигналізації, що
передбачено електричною схемою автоматики центрифуги. Тоді при
відключенні приводу центрифуги із-за перевантаження її продуктом
звуковий сигнал оповістить персонал про необхідність негайного
відключення подачі суспензії. Ще зручніше встановити над центрифугою, в
лінії живлення, автоматичний клапан, який при відключенні приводу
автоматично перекриє живлення. Щоб уникнути забивання канал клапана
має бути розташований вертикально. Порівняно просто можна перекрити
живлення, здійснюване насосом, оскільки схема автоматики передбачає в
разі раптового відключення приводу центрифуги миттєве виключення
приводу насоса подачі суспензії.
Подавати суспензію слід тільки після того, як центрифуга набрала
повну швидкість. При цьому подачу потрібно починати з мінімальною, а
потім поступово, протягом однієї-двох хвилин, довести її до максимальної.
Для зупинки центрифуги необхідно перш за все припинити подачу суспензії,
через декілька хвилин відключити привід машини, потім маслонасосу і після
цього очистити центрифугу від осаду і ретельно промити.
Для ефективної роботи центрифуги потрібно встановити оптимальний
зазор між витками шнека і ситом. Величина зазору залежить від виду
оброблюваної суспензії. При невеликій концентрації суспензії
дрібнозернистої твердої фази зазор має бути мінімальним — приблизно 0,3
мм. При високій концентрації суспензії грубозернистої твердої фази
необхідний більший зазор. Величину оптимального зазору визначають
експериментально, підбираючи варіант, що забезпечує мінімальну вологість
продукту.
44
До особливостей підготовки пуску центрифуг ФГШ можна віднести
наступне: при регулюванні за допомогою дистанційних шайб зазору між
ситом ротора і витками шнека кожен міліметр товщини шайби утворює
зазор 0,17 мм; таким чином, якщо при початковому положенні шнека (коли
його витки упираються в ротор) поставити шайбу завтовшки 3 мм, то
утворюється зазор 0,17х3 = 0,5 мм.
Для перевірки обертання валу шнека необхідно за допомогою
гайкового ключа повернути важіль механізму захисту редуктора на 90° до
горизонтального положення і, обертаючи важіль редуктора, уручну зробити
близько 50 обертів. Це і відповідатиме приблизно одному оберту шнека.
Якщо потрібний високий ступінь очищення осаду від маточника або
шкідливих домішок, необхідно промити осад. Витрата промивної рідини
встановлюється дослідною шляхом. Для того, щоб вона не змішувалася з
фільтратом, в машині передбачено роздільне відведення цих рідин. Якщо ж
потоки бажано об'єднати, це роблять поза машиною.
При закристаллізації приймача сухого осаду його промивають
уручну, за допомогою шлангу. Для того, щоб промивна рідина не
потрапляла в тічку відведення осаду, перед промиванням необхідно
повернути лоток під приймачем в робоче положення, перекинувши його
противагу в інше крайнє положення. Після закінчення промивання лоток слід
повернути в початкове вертикальне положення.
В разі обробки в центрифузі гарячих суспензій (70—90 °С і вище) слід
враховувати, що корінна опора і опора шнека з боку ротора можуть сильно
нагріватися. Тому для них потрібне більш тугоплавке мастило типа ЦИАТІМ,
УТВ, УТ-1, УТ-С. При установці центрифуги в холодному приміщенні (з
температурою нижче —10°С) для опор застосовується менш тугоплавке
мастило, а перед пуском центрифуги, особливо при обробці гарячих
суспензій, ротор, шнек і кожух прогрівають паром.
45
Особливу увагу потрібно приділити мастилу опор машини і редуктора,
а також лабіринтових ущільнень підшипників. В разі обробки неагресивних
суспензій достатньо раз в один-два місяця додавати мастило в об'ємі однієї
масельнички. То ж відноситься до подачі мастила в лабіринти. При обробці
агресивної середи необхідна частота заповнення мастила встановлюється
дослідним шляхом. Під час ревізії центрифуги мастило повністю
замінюють. У підшипник ковзання валу шнека з боку редуктора її подають
раз на добу в кількості 1 см3 шприцом крізь отвір, розташований на шківі
головного валу.
Редуктор змащується рідким мастилом картера — автотракторним
маслом АК-15 (ГОСТ 1862—63). Відкриваючи обидві пробки, повністю
заливають редуктор, після чого зливають 100 см3. При температурі
приміщення 20 °С температура редуктора не повинна перевищувати 70 °С
(при вищій температурі редуктор необхідно піддати ревізії).
Ослабити натягнення ременів приводу, від'єднати і зняти привід.
Відвернути болти і зняти шків 2 з головного валу 6. Вивернути оправи
термометрів із станини 3. Відкріпити і зняти з передньої частки валу шнека
5 кришку з ущільненням манжета. Легкими ударами об задній кінець
демонтувати вал шнека з головного валу. При необхідності відігнути
вусик шайби, відвернути гайку і зняти підшипники з валу шнека.
Відвернути болти, зняти маточину 8 .
Розбирання, контроль і складання. Перед розбиранням центрифуги слід
від'єднати електрокомунікації і трубопроводи, очистити ротор і кожух від
продукту і грязі, промити гарячіше і холодною водою.
Розбирання проводиться в такій послідовності. Відкрити і зняти
кришку 17 (див. рис. 1.11). При необхідності розібрати оглядове скло 18.
Вийняти вісь 23 і зняти лоток 22. Відвернути гайки і зняти по черзі штуцер
13, сопло 14 і ліхтар 15. Відкріпити і зняти приймач сухого осаду в зборі з
трубами живлення і промивання. Відкріпити і зняти трубу живлення і
46
Рисунок 1.11 – Основні вузли центрифуги
промивні труби. Відвернути ковпачкову гайку, а потім регулювальну гайку
30 пристрою регулювання зазору. Зняти втулку з гумовим кільцем і
дистанційні шайби 31, встановити пристосування для зняття шнека (що
поставляється з машиною) і зняти шнек 21.
Встановити пристосування для зняття ротора (що поставляється з
машиною), відкріпити і зняти ротор 10. При необхідності відвернути болти і
від'єднати конус ротора, кільце, притискне кільце, вийняти сита.
Відвернути болти і зняти кожух ротора 1. Відкріпити і зняти огорожу
47
редуктора 1. Від'єднати механізм 29 захисту редуктора. Відвернути
болти і зняти редуктор 1. Перевірити стан пружних елементів
віброізоляції.
Складання центрифуги проводиться в послідовності, зворотному до
розбирання. Перед монтажем підшипники, що встановлюються по щільній
посадці, нагрівають в маслі до 80—100 °С. При складанні сит в роторі
слід користуватися пристосуванням для згортання сит, що поставляється з
центрифугою. Складання ротора проводиться за допомогою направляючого
пристосування, що надягає на фланець головного валу (пристосування
поставляється з машиною).
При складанні підшипника лабіринтові ущільнення і масельнички
необхідно заповнити консистентним мастилом. Зазор між ротором і шнеком
регулюється за допомогою гайки 30 і змінних дистанційних шайб 31 шляхом
зменшення або збільшення числа останніх. Набір шайб дозволяє повністю
вибрати зазор або довести його до величини не більше 1 мм. В процесі
збірки необхідно періодично провертати ротор від руки, щоб переконатися
в плавності обертання і відсутності тертя рухомих деталей об нерухомих.
1.4 Розрахунок технологічних параметрів центрифуги
1.4.1 Визначення продуктивності
Теоретична продуктивність центрифуги по початковій суспензії VТ
(в м3/с) може бути визначена за формулою:
VÒ à 0,1315 103 98,1 0,013 (1.1)
де а — швидкість осадження твердої фази суспензії у відстійнику під дією
сили тяжіння, м/с; Σ – індекс продуктивності барабана.
У випадку, якщо тверді частки суспензії мають кулясту форму,
швидкість їх осадження а0 (у м/с) може бути визначена за формулою:
48
Re 0,012,63 107
a 0,1315 103
0 (1.2)
d 0,2 104 1000
де μ=0,01 — в'язкість суспензії, Па·с; Re — критерий Рейнольдса;
d=0,2·10-4 — діаметр твердих часток, м;
ρ=1000 — щільність рідкої фази, кг/м3.
Величина Re визначається залежно від критерію Архімеда Аr. Рух
часток крохмалю при осіданні у водній суспензії під дією сили тяжіння
носить ламинарный характер (без завихрень). При такому русі частки
залежність критерію Рейнольдса від критерію Архімеда виражається
рівністю:
Re=0,056·Ar=0,056·47,04·10-7=2,63·10-7 (1.3)
Критерій Архімеда визначається за формулою:
3
Ar g d 3 1000
1 9,8 0,2 104 1600 1000
0,01 (1.4 )
5880 0,008 1012 105 47,04 107
де ρ=1000 — щільність рідкої фази, кг/м3; ρ1=1600 — щільність твердої фази,
кг/м3; g=9,8 — прискорення вільного падіння, м/с2; d=0,2·10-4 — діаметр
твердих часток, м; μ=0,01 — в'язкість суспензії, Па·с;
Індекс продуктивності барабана визначається за формулою:
2 2 2
LR n h 7 h l h 2 h
ö
2 3
1800
R 6 R L 3 3 R
2 2 2
3,14 0,1650,2 2550 0,05 7 0,05 0,075 0,05 2 0,05 (1.5)
2 3
1800 0,2 6
0,2 0,165 3 3 0,2
74,862 0,75 0,07 0,01 98,1
де R=0,2 — найбільший внутрішній радіус барабана, м; n=2550 – частота
обертання зовнішнього барабана, хв-1; L=0,165 — довжина зони осадження,
м; h=0,05 – найбільша товщина шаруючи рідини в барабані, м; lц=0,075–
довжина робочої частки барабана, м.
Іншим чином продуктивність центрифуги визначається, як:
49
3,5D2
ñë Lñë ñ d
2 n2
V
2
3,5 0,42 0,1651600 1000 0,2 104 25502
(1.6)
0,01
2
3,5 0,42 0,1651600 1000 0,2 104 25502
14,42
0,01
де Dзл і Lзл — діаметр і довжина зливного циліндра, м; ρ і ρс — щільність
часток і суспензії, кг/м3; d — діаметр найменших часток, що облягають, м;
n— частота обертання ротора, хв-1; μ — в'язкість середовища, Па·с.
Продуктивність центрифуги по осаду – 5000 кг/год.
1.4.2 Визначення споживаної потужності
Витрата потужності N при роботі шнекової центрифуги, що
безперервно діє, складається з витрати потужності на викид осаду і фугата
NB, транспортування осаду до вивантажувальних вікон N0, тертя осаду об
барабан Nт.б. і об шнек Nт.ш., тертя в ущільненнях Nт.y., у підшипниках Nт.п. і
об повітря Nт.в..
Таким чином:
N = NB + N0 + Nт.б. + Nт.ш. + Nт.y. + Nт.п. + Nт.в.= (1.7)
=9,97+0,44+0,0007+0,0028+1,19++0,04+0,06=13,57+1,73=15,3 кВт
Витрата потужності на викид продуктів NB (у кВт) визначаться за
формулою:
N 0,5 103 2 2 2
B M 0 R0 M ô Rô
2
0,5 103 2 n M 0 R
2
0 M ô R
2
ô
2 (1.8)
3 2550
0,5 10 2 1,39 0,22 8 0,22
60
35,62 0.056 0,32 13,57
50
де ω — кутова швидкість барабана, рад/с; М0=5000/3600=1,39 — кількість
осаду, кг/с; Мф=8 — кількість фугату, кг/с; R0 =0,2 — радіус обертання осаду
перед виходом з центрифуги, м; Rф =0,2 — то ж для фугату, м.
При переміщенні осаду шнеком до вивантажувальних вікон по
конічній частці барабана проводиться робота проти відцентрових сил, на що
витрачається потужність електродвигуна. Ця потужність N0 (у кВт)
знаходиться за формулою:
N0 0,5 103 2 M 0 Rñð l tg
2
3 2550
0,5 10 2 1,39 0,2 0,165 tg15 (1.9)
60
0,44
де Rср=0,2 — середній радіус частини барабану, м; l=0,165 — довжина
конічної частини барабану, м; α =15° — кут нахилу створюючою барабана до
осі, град.
Витрата потужності на тертя продукту об барабан (у кВт)
розраховується за формулою:
Nò .á. 0,5 103 2 N0 Rñð L fá
2
3 2550
0,5 10 2 0,44 0,2 0,165 0,4 (1.10)
60
0,0007
де L=0,165 — довжина барабана, м; fб=0,4— коефіцієнт тертя осаду об
барабан (для крохмалю fб =0,4).
Витрата потужності на тертя осаду об шнек Nт.ш. (у кВт) обчислюється
за формулою:
51
N 3 2
ò .ø . 0,5 10 M 0 Rñð z fø sin 2 2 f cos2
á
2
44
0,5 103 2 1,39 0,2 10,3 sin30 2 0,3 cos215 (1.11)
60
0,00270,5 0,56 0,0028
де z =1 — число витків шнека; fш — коефіцієнт тертя осаду об шнек (fш=0,3);
ω – частота обертання шнека щодо барабана.
Потужність на подолання тертя в ущільненнях (у кВт) підраховується
за формулою:
N 3
ò .ó. 0,5 10 g Dó f ó Ì á Ì ì
3 2550
0,5 10 9,8 2 0,150 0,5 5,3 6,99 (1.12)
60
1,19
де Mб=5,3 — маса барабану, кг; Мм=1,39+5,6=6,99 — маса матеріалу, кг;
Dу=0,150— діаметр ущільнення, м; fу— коефіцієнт тертя в місці ущільнення
(fу = 0,4-0,6).
Витрата потужності на тертя в підшипниках Nт.п. (у кВт) визначається
за формулою:
N 3
ò .ï . 0,5 10 g Dï fï Ì á Ì ì
2550
0,5 103 9,8 2 0,130 0,02 5,3 6,99 (1.13)
60
0,04
де Dп=0,130 — діаметр валу, м; fп — коефіцієнт тертя (для підшипників
кочення fп=0,02-0,03).
Витрата потужності на тертя барабана об повітря Nт.в. (у кВт)
знаходиться за формулою:
52
Nò .â. 1,15 106 3 D4 L
ñð
3
2550
1,15 106 2 0,364
0,165
60 (1.14)
3
6 2550
1,15 10 4
2 0,36 0,165
60
0,06
де Dcр=0,36 — середній зовнішній діаметр барабана, м.
Загальна необхідна потужність приводу центрифуги – 15,3 кВт.
Обираємо електродвигун із встановленою потужністю 17 кВт.
1.5 Кінематичний розрахунок приводу центрифуги
1.5.1 Розрахунок клинопасової передачі
Вихідні дані : Р = 17; n = 2575 хв-1; U = 1. Крутний момент на
швидкохідному валу:
Р 17
Т Ш 9550 955. 63Н м (1.15 )
n 2575
При заданому моменті [1, с. 26, табл.2.12] приймаємо переріз ременя В
з розмірами : вр=19,0 мм; h = 13,5 мм; во = 22 мм; у о =4,8 мм; F1 =
2,30мм2.
в0
40 Е
вр
Рисунок 1.15 – Ескіз клинового ременя
у0
h
53
Діаметр меншого шківа в відповідності до рекомендацій [2, с.26,
табл.2.12] dpmin=180 мм. Діаметр більшого шківа приймаємо dpmin=180 мм за
ГОСТ 17383 – 73 [2, с. 30, табл.2. 21]
Фактичне передаточне число:
d p max 180
U p 1.04 (1.16)
d p min (1 ) 180(1 0.02)
Швидкість реміння:
d n
p min 3.14 180 2575
V 24м /с (1.17)
60 1000 60 1000
Частота обертання веденого вала:
d n(1 )
p min 180 2575(1 0.02)
n 2523.5хв1 (1.19)
2
d 180
p max
Міжвісьова відстань згідно рекомендаціям [2, с. 27, табл. 2. 14], мм:
a 0.95 dpmax 0.95 180 171 (1.20)
Розрахункова довжина ременя:
(d d )2
p max p min
L 2a (d p min d p max )
2 4a (1.21)
3.14 (180 180)
2 171 (180 180) 907.2ì ì
2 4 171
Стандартна довжина реміння [2, с. 26]. L = 900 мм.
По стандартній довжині L уточнюємо дійсну міжвісьову відстань:
2
2L (d 2
p min d p max ) 2L (d p min d p max ) 8(d p min d p max )
a
8
2
2 900 3.14(180 180) 2 900 3.14(180 180) 8(180 180)2
167.4мм
8
(1.22)
Мінімальна міжвісьова відстань для зручності монтажу і зняття
ременів.
amin a 0.01L 167.4 0.01 900 158.4мм (1.23)
54
Максимальна міжвісьова відстань для створення на тяжіння і
підтягування реміння при витяжці
amax a 0.025L 167.4 0.025 900 189.9мм (1.24)
Кут обхвату на меншому шківі.
d
0 0 p max d p min 180 180
180 60 180 0 600 180 0 1 110
a 167.4
Вихідна довжина реміння [2, с. 28, табл.. 2.15] L0 = 2240 мм. Відносна
довжина LIL0 = 900/2240=0.4. Коефіцієнт довжини [2, с. 29, табл.. 2.19]
α=0,86. 16 Вихідна потужність при d pmin =180 мм та V = 24 м/с. [2, с. 28,
табл.. 2.15] N0 = 4.66 кВт. Коефіцієнт кута обхвату [2, с. 29, табл.. 2.18] Сα=1.
Поправка до крутного моменту на передатне число [2, с.29, табл. 2.20]
ΔТU=2.1 Н·м.
Поправка до потужності [2, с. 28]:
N 4 0.0001T4n 0.0001 2.1 2575 0.54кВт (1.25)
Коефіцієнт режиму роботи при вказаній напрузі [2, с. 20, табл.. 2. 8]
Ср=0,73.
Допустима потужність на один ремінь:
N (NoCCL N4 )C p
(1.26)
(4.6 10.86 0.54) 0.73 4.11кВт
Розрахунок кількості ременів:
P 17
z дв 4.13 , (1.27)
N 4.11
приймаємо z=4.
Коефіцієнт враховуючий коефіцієнт навантаження [2, с. 29] Сz=0.9.
Дійсна кількість ременів в передачі:
1 z 4
z 4.4 . (1.28)
Cz 0.9
Сила початкового на тяжіння одного клинового ременя:
55
780P
S дв qV 2 780 17
0.1242 246.8H (1.29)
01
VCC z1 24 0.73 4
p
де q – погонна маса реміння [2, с. 26, табл.. 2.12], q = 0,1 кг/м.
Зусилля діюче на вал передачі:
0
1 1 180
Q 2S0.1z sin 2 246.8 4 sin 1974.4H (1.30)
2 2
Розміри обода шківів [2, с. 30 табл.. 2. 21], lр=19 мм; h = 14.3 мм; b = 5,7мм, c
25,5±0,5 мм, ƒ=17,0 +3
-1 ; V=1 мм; hmin=10 мм; α1=340; αі=380.
Зовнішній діаметр шківа:
de1 d p min 2b 180 2 5.7 191.4мм (1.31)
de2 d p min 2b 180 2 5.7 191.7 .
Ширина обода шківа:
M (z1 1)e 2 (4 1)25.5 2 71 42.5мм . (1.32)
1.5.2 Розрахунок гідравлічної муфти
Гідромуфта, призначена для плавного пуску електродвигуна і
оберігання його від перевантажень.
Устрій гідромуфти показаний на рис. 1.22. Маточина насосного
колеса 1 на шпонці кріпиться на валу електродвигуна. Турбінне колесо 6 є
веденою часткою муфти і жорстко сполучено з шківом 2 клинопасової
передачі. Наявність двох шарикопідшипників 3 (№ 208) забезпечує різну
швидкість обертання турбінного і насосного коліс. Для нормальної роботи
гидромуфты потрібний трьох-міліметровий зазор між поверхнями торців цих
коліс.
При роботі електродвигуна насосне колесо захоплює робочу рідину,
що знаходиться між лопатками турбінного колеса, і приводить в обертання
56
його, а отже, і шків жорстко сполученою з ним клинопасової передачі.
Кришка підшипників 4 з ущільненням манжета перешкоджає витоку з
муфти робочої рідини. Муфта заповнюється робочою рідиною через канал,
закритий пробкою 5. Рідина зливається через отвори, закриті пробками.
Підшипники турбомуфти змащуються маслом, що поступає з
порожнини турбінного і насосного коліс. Робоча ємкість турбомуфти 1,35
л (повна 1,5л).
1 — насосне колесо; 2 — шків; 3 — шарикопідшипник; 4 — кришка;
5 — пробки; 6 — турбінне колесо
Рисунок 1.22 – Гідромуфта центрифуги
З метою безпеки гідромуфта закрита огорожею. При роботі обертання
від електродвигуна через турбомуфту і клинопасову передачу передається
на шків гальма, а, отже і на вал центрифуги, де жорстко закріплений ротор.
Основні конструктивні параметри гідромуфти визначаються наступним
чином. Активний діаметр гідромуфти дорівнює, м:
57
M 55,03
D 5
2
n2
í 5 2950
3,3 107 9000
60 (1.98)
0,023
5
5 0,79 103 0,242
0,3 102
де М – крутний момент на валу електродвигуна, Н·м; λ =3,3·10-7 – коефіцієнт
моментів; γ=9000 – питома вага рідини, яка є робочим тілом гідромуфти,
Н/м3; nн=2950 – частота обертання валу електродвигуна, хв-1.
Крутний момент дорівнює:
9550N 9550 17
Ì 55,03 Н·м
ní 2950
де N=17 – потужність приводу, потужність електродвигуна, кВт.
Розбирання приводу проводиться в такій послідовності. Вивернувши
пробки 5 і 7 і злив масло з турбінного колеса 6, відвернути гайки і зняти
турбінне колесо. При знятті необхідно не пошкодити прокладку. Потім
відвернути болт, що кріпить муфту до валу електродвигуна, зняти шайбу,
прокладку і муфту з шківом. Відвернувши болти і знявши кришку
підшипників 4 з ущільненням, вийняти ущільнення, після чого, відігнувши
усики стопорної шайби і відвернувши гайку, вийняти шайбу. Знімачем зняти
маточину насосного колеса з підшипниками, зняти підшипники і насосне
колесо 1.
Складання приводу проводиться в послідовності, зворотному
розбиранні. При цьому необхідно відрегулювати зазор між торцевими
поверхнями насосного і турбінного колеса, який повинен дорівнювати 3 мм.
Регулювання проводиться прокладками. Після складання слід перевірити
м'якість обертання приводу і залити 1,35 л мастило «Індустріальне 20».
58
1.6 Розрахунок вузлів та деталей на міцність
1.6.1 Розрахунок підшипників на довговічність
В даному підрозділі здійснено вибір підшипників для приводного вала
та їх розрахунок на довговічність
Вихідні дані для розрахунків: радіальна складова сили, Н; колова
складова сили, Н; частота обертання вала хв-1.
Так як колова складова сили Fa=0, то за [2, с. 364, табл.. 2.19]
попередньо приймаємо радіальний шариковий однорядний підшипник 122
ГОСТ 8328 – 75 [1, с. 532, табл.. П15], в якому динамічна
вантажопідйомність С = 196000Н.
Рисунок 1.24 – Ескіз підшипника
Величина відношення вісьової сили до реакції опор у горизонтальній
площині дорівнює нулю (Fa=0), а значить менше е, тому згідно [1, с. 359]
визначаємо формулу для навантаження:
P Fr V Kó 714 11.81.11413.72H (1.111)
де V - коефіцієнт обертання, V = 1 [1, с. 359]
Kσ - коефіцієнт враховуючий умови роботи Kσ=1,8 [1, с. 362, табл. 12,2]
Kτ - температурний коефіцієнт, Kτ=1,1 [1, с. 359]
Розрахункова довговічність:
59
106 C 6
L ( )
10 196000
( )3
h 17226373 години (1.112)
60n P 60 2575 1413.72
де Р – показник степення Р=3 [1, с. 359]
Розрахункова довговічність більш ніж рекомендована:
Lhрре 20000 30000годин
Остаточно приймаємо роликопідшипник радіальний однорядний 2222
.
1.6.2 Розрахунок шпонкового з’єднання на міцність
В даному підрозділі здійснено вибір і розрахунок на зминання
найбільш навантаженого шпонкового з’єднання найбільш навантаженого
вала.
Вихідні дані для розрахунку:
- крутний момент на валу, Н·м Т=133
- діаметр шийки вала, мм dψ=30
За допомогою [2. c. 59. табл. 5.19] попередньо приймаємо призматичну
шпонку 8×7×42 ГОСт23360-78.
Вибрану шпонку перевіряємо на зминання
2 T 2 133
зм
dШ (h t1)(l b) 0.3(0.007 0.004)(0.042 0.008) (1.113)
266 106 Па 266МПа зм 800МПа
де [σзм] допустиме напруження на зминання, [σзм]=800 МПа [2, с. 59, табл.
5.19].
Остаточно вибираємо призматичну шпонку 8×7×42 ГОСТ23360-78.
60
2. ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗДІЛ
2.1 Вибір заготовки та розрахунок припусків
Спосіб отримання заготовки залежить від службового призначення
деталі та вимог які становляться до неї, від її конфігурації та розмірів, виду
матеріала, типу виробництва.
Аналізуючи креслення деталі з точок зору технологічності та
обґрунтованості технічних вимог не доцільно використовувати дорогі методи
отримання заготовок з коефіцієнтом використання матеріалу від 0,7 до 0,95,
які не можуть себе окупити при застосуванні. Краще використати заготовки
отримані методом прокату. Круглий прокат ділиться на: гарячекатаний
ГОСТ2590-71, калібрований ГОСТ7415-75, калібрований шліфований [3,
с.63, табл.4.3]. Два остаточні види прокату більш вигідно використати в
умовах крупносерійного або масового виробництва, це пов’язано з тим, що
при їх застосуванні в значній мірі знижуються припуски на обробку, а це в
свою чергу призводить до зменшення об’єму механічних робіт.
В даному випадку, в умовах одиничного виробництва доцільніше
використати круглий гарячекатаний прокат, який має меншу точність і
потребує призначення припусків на механічну обробку але коштує значно
дешевше, що вигідніше з економічної точки зору.
Розрахунок припусків аналітичним методом на обробку циліндричної
зовнішньої поверхні діаметром 60к6.
Розрахувати на обробку припуски і проміжні межеві розміри на
зовнішню циліндричну поверхню діаметром 60h6 веденого валу, ескіз якого і
схема встановлена при обробці поверхонь показані на рис. 2.1.
0.021
Розрахунок припусків на поверхню діаметром 60 к6 ведеться
0.002
шляхом складання таблиці 2.1 в яку послідовно описується технологічний
маршрут обробки даної поверхні (див. табл. 2.1) та всі обрані і розраховані
значення елементів припуску.
61
Знаходимо сумарне значення шорсткості Rz та величини дефектного
протоку Т, які характеризують якість поверхні заготовки на заготівельній
операції і на технологічних переходах:
- заготовка Т = 250 мкм, Rz=150 мкм [3, с. 63 табл. 4.3]
- обґрунтування попереднє Rz=50 мкм, Т-50 мкм [3, с. 63 табл. 4.3]
- обточування кінцеве Rz=30 мкм, Т-30 мкм [3, с. 63 табл. 4.3]
- шліфування попереднє Rz=10 мкм, Т-20 мкм [3, с. 63 табл. 4.3]
- шліфування кінцеве Rz=5 мкм, Т-15 мкм [3, с. 63 табл. 4.3]
Так як обробка заготовки ведеться в трьохкулачковому патроні, що
згідно з літературою [3, с. 63 табл. 4.3] сумарне зачення просторового
відхилення для заготовки із сортового прокату дорівнює значенню кривизни
в оброблювальному перерізі.
3 k \ kl 0.1270 0.027мм 27мкм (2.1)
де Δк=0.1 мкм/мм – питома величина кривизни заготовки із гарячекатаного
прокату [3, с. 71 табл. 4.8]; l=270 мм – довжина [3, с. 68 табл. 4.7];
Таблиця 2.1 – Розрахунок припусків і граничних розмірів за технологічними
переходами на обробку поверхні діаметром 60к6 веденого вала
Технологічні Елементи Розрахунковий Межевий
Межеві значення
переходи припуску, приспуск 2zmin, розмір,
Розрахунковий Допуск припусків, мкм
обробки мкм мкм мм
розмір dр, мм δ, мкм
поверхні Ø
R Т ρ d м м
60к6 z min dmax 2z min 2z max
Заготовка 150 250 27 - 61,242 620 61,242 61,862 - -
Обточування:
попереднє 50 50 1,6 2·427 60,388 250 60,388 60,388 854 1224
кінцеве 30 30 1,1 2·101,6 60,185 100 60,185 60,185 203 353
Шліфування:
попереднє 10 20 2·61,1 60,063 39 60,063 60,102 122 183
0,5
кінцеве 5 15 2·30,5 60,002 16 60,018 60,018 61 61
Разом 1240 1844
Залишок просторового відхилення після повної обробки:
62
K (2.2)
зол y 3
де Ку – коефіцієнт уточнення форми [3 с. 73]
Після попереднього обточування: 1 0.06 27 1.6мкм . Після кінцевого
обточування: 2 0.04 27 1.1мкм . Після попереднього шліфування:
3 0.02 27 0.5мкм .
Мінімальне значення припуску для кожного технологічного переходу:
2zmin i 2(Rz T
i1 i1 i1)
2zmin1 2(150 250 27) 2 427мкм;
2zmin 2 2(150 50 1,6) 2 101,6мкм (2.3)
2zmin3 2(30 30 1,1) 2 61,1мкм
2zmin 4 2(10 20 0,5) 2 30,5мкм
Розрахунковий розмір заповнюємо в таблицю починаючи з кінцевого:
d pi d pi1 2zmin i 1
d p4 60.002 0.061 60.063мм
d p3 60.063 0.1222 60.1852мм (2.4)
d p2 60.1852 0.2032 60.3884 мм
d p1 60.3884 0.854 61.2424мм
Значення допусків для кожного переходу приймаємо за допомогою
літератури у відповідності до квалітету точності кожного виду обробки:
- для заготовки δ3 = 620 мкм [4, с. 16 табл. 1]
- для попереднього обточування δ1 = 250 мкм [5, с. 8 табл. 4]
- для кінцевого обточування δ2 = 100 [5, с. 8 табл. 4]
- для попереднє шліфування попереднє δ3= 39 [5, с. 8 табл. 4]
- для кінцевого шліфування δ3 = 16 [35, с. 8 табл. 4]
Мінімальне значення граничного розміру dmini визначаємо для кожного
технологічного процесу, округлюючи значення розрахункового розміру в
більшу сторону. Округлення приводиться до того ж знаку десятинного дробу,
з яким прийнято допуск на розмір для кожного переходу. Отримані значення
заносимо до таблиці 2.3.
Максимальне значення граничних розмірів:
63
Мінімальне значення граничного розміру dmini визначаємо для кожного
технологічного процесу, округлюючи значення розрахункового розміру в
більшу сторону. Округлення приводиться до того ж знаку десятинного дробу,
з яким прийнято допуск на розмір для кожного переходу. Отримані значення
заносимо до таблиці 2.3.
Максимальне значення граничних розмірів:
dmax i dmin i i
dmax4 60.002 0.016 60.018мм;
dmax3 60.063 0.039 60.102мм;
(2.5)
dmax2 60.338 0.250 60.638мм;
dmax1 60.338 0.250 60.638мм;
dmax3 61.242 0.620 61.862мм;
Мінімальне граничне значення припуску для кожного технологічного
переходу:
2 z т
min i1 dmin i dmin i1
2 z т
min 4 60.063 60.002 0.061мм 61мкм;
2 z т
min3 60.185 60,063 0,122мм 122мкм; (2.6)
2 z т
min 2 60.388 60,185 0,203мм 203мкм;
2 z т
min1 61.242 60,388 0,854мм 854мкм;
Максимальне граничне значення припуску для кожного технологічного
переходу.
2 z т
max i1 dmax i dmax i1
2 z т
max4 60.102 60.018 0.084мм 84мкм
2 z т
max3 60.285 60.102 0.183мм 183мкм
2 z т
max2 60.638 60.285 0.353мм 353мкм
2 z т
max1 61,862 60.638 1,224мм 1224мкм
Всі результати розрахунків зводяться до таблиці 2.3 і на основі даних
якої будується схема графічного розташування припусків та допусків на
0.021
обробку зовнішньої циліндричної поверхні діаметром 60к6 , рис. 2.1.
0.002
Мінімальне та максимальне значення загального припуску:
64
Рисунок 2.1 – Схема графічного розташування припусків та допусків на
обробку зовнішньої поверхні діаметром 60к6 веденого валу.
65
Z 2 Z M 61122 203854 1240мкм, (2.8)
omin min
Z M
omax 2 Zmax 841833531224 1844мкм (2.9)
Номінальний припуск:
Zoнно Zomin H3H g 1240 310 16 1534мкм 1.534мм (2.10)
де Нg = 16 мкм – нижнє відхилення розміру деталі (див. табл. 2.3);
Н3 = 310 мкм – нижнє відхилення розміру заготовки
Номінальний діаметр заготовки
d зном dg min zоном 60,002 1,534 61,536мм (2.11)
Розрахунок припусків на дану поверхню діаметром 60к6 також був
виконаний на ЕОМ (див. додаток) і отримані результати приблизно
збігаються, тому рахуємо, що розрахунок виконано вірно.
2.2 Розробка методів обробки поверхонь
При виборі методів обробки поверхонь необхідно скласти перелік усіх
можливих методів обробки, а також розрахувати кількість ступенів оброки
відповідно допусків на розмір заготовки та готової деталі. З цією метою усі
оброблювані поверхні деталі нумеруються (рисунок 2.2).
Рисунок 2.2 – Нумерація поверхонь деталі «Вал»
66
Визначимо розрахункове уточнення за формулою:
Ò
ç , (2.12)
ð
Òä
де Тз – допуск на розмір для заготовки;
Тд – допуск на розмір для готової деталі.
Кількість ступенів обробки розраховується за виразом:
lg p
n .13)
0,46
Для першого ступеня чорнової обробки досяжними є величина
уточнення 6; для проміжних ступенів напівчистової обробки = 3...4; для
ступенів чистової обробки з допусками точності IT5…IT7 =2.
Результати складемо до таблиці 2.4.
Таблиця 2.4 - Методи обробки поверхонь деталі „Вал”
Варіанти методів обробки
Розмір Допуск Допуск
деталі, заготовки деталі
мм Тз, мм Тд, мм 1 2
1 Точіння чорнове Фрезерування
66H14 1,9 0,74 2,57 1
чорнове
Точіння чорнове Точіння
2 Нарізання чорнове
М8-6g 0,9 0,36 2,5 1
нарізки Накатування
нарізки
3 Точіння: - -
2,545° 0,6 0,3 2 1
чорнове
4 7Н14 0,9 0,36 2,5 1 Фрезерування Довбання
5 8h14 Точіння: - -
0,9 0,36 2,5 1
Ra 1,6 чорнове
6 Точіння: - -
145° 0,5 0,32 1,56 1
чорнове
№
поверхні
Уточнення
ε
Кількість
переходів
67
Точіння: - -
чорнове, -
7 48n6
1,6 0,016 100 4 напівчистове,
Ra 1,6
- чистове
Шліфування
Точіння: - -
8 1:4 чорнове, -
1,9 0,74 2,57 1
Ra 1,6 напівчистове,
- чистове
9 55h14 Точіння: - -
1,9 0,74 2,57 1
Ra 1,6 чорнове
10 72h14 Точіння: - -
1,9 0,74 2,57 1
Ra 3,2 чорнове
Точіння: - -
чорнове,
11 60k6 1,9 0,019 100 1 - напівчистове,
- чистове
Шліфування
12 Точіння: - -
56h14 1,9 0,74 2,57 1
чорнове
13 Точіння: - -
60h14 1,9 0,74 2,57 1
чорнове
14 Точіння: - -
52h14 1,9 0,74 2,57 1
чорнове
15 Точіння: - -
49h14 1,6 0,62 2,58 1
чорнове
16 Точіння: - -
50h14 1,6 0,62 2,58 1
чорнове
Точіння: - - -
17 50f7 чорнове,
1,6 0,025 64 3,9
Ra 1,6 - напівчистове,
- чистове
Точіння: - -
D- чорнове,
18 8x42x48 1,6 0,025 64 3 - напівчистове,
Ra 0,8 Фрезерування
Шліфування
19 Точіння чорнове Фрезерування
24H14 1,3 0,52 2,5 1
чорнове
20 4H14 0,75 0,3 2,5 1 Свердління -
21 980H14 5,6 2,3 2,4 1 Точіння чорнове Фрезерування
68
чорнове
22 30h14 Точіння: - -
1,3 0,52 2,5 1
Ra 1,6 чорнове
Свердліня -
23 M5-7H 0,75 0,3 2,3 1 Нарізання
нарізки
Фрезерування -
24 чорнове,
8N9 0,9 0,036 25 3
- напівчистове,
- чистове
2.3 Розробка технологічного процесу виготовлення деталі
Аналізуючи креслення деталі валу центрифуги і його службове
призначення, а також користуючись літературою [6, с. 256] розробляємо
технологічний процес виготовлення даної деталі в умовах одиничного
виробництва.
Використовуючи дані п.2.3, проведемо розробку маршруту обробки
деталі «Вал». Складемо два варіанти обробки деталі та оберемо найбільш
раціональний з них.
Деталь «Вал» можна обробити за таким маршрутом.
005 – Штампувальна
010 - Транспортна
015 – Термообробка.
020 - Транспортна
025 – Токарно-гвинторізна:
підрізка торцю 980;
свердління центрового отвору;
обточування діаметру 60k6 начорно;
обточування діаметру 52h14 начорно;
обточування діаметру 50h14 начорно;
69
обточування діаметру під нарізку М30 начорно;
проточування фаски 0,5x45° начорно.
(Токарно-гвинторізний верстат 16ТО2А; Центра, Люнет).
030 – Токарно-гвинторізна:
підрізка торцю;
свердління центрового отвору;
обточування діаметру 72h14 начорно;
обточування діаметру 55h14 начорно;
обточування діаметру 48h14 начорно;
обточування діаметру 18h14 начорно;
проточування фаски 2,5x45° начорно.
(Токарно-гвинторізний верстат 16ТО2А; Центра, Люнет).
035 - Транспортна
040 – Термообробка (покращення)
045 - Транспортна
050 – Токарно-гвинторізна:
обточування діаметру 60k6 начисто;
обточування діаметру 52h14 начисто;
обточування діаметру 50h14 начисто;
нарізання нарізки М30;
(Токарно-гвинторізний верстат 16ТО2А; Центра, Люнет).
055 – Токарно-гвинторізна:
обточування діаметру 72h14 начисто;
обточування діаметру 55h14 начисто;
обточування діаметру 48h14 начисто;
нарізання нарізки М18;
точіння канавки 14,5h14.
(Токарно-гвинторізний верстат 16ТО2А; Центра, Люнет).
70
060 – Вертикально-фрезерна
Фрезерування шліців.
(Вертикально-фрезерниий верстат 6Р11; Патрон цанговий С7112-4016).
065 – Вертикально-фрезерна
Фрезерування шпонкового пазу .
070 – Вертикально-свердлильна
Свердління двох отворів під М4;
Нарізання нарізки М4.
(Вертикально-свердлильний верстат 2Н125; Лещата слюсарні).
075 – Слюсарна:
Зняття задирок.
(Верстак).
080 – Контрольна
085 - Транспортна
090 – Термообробка (загартування зубців ТВЧ)
095 - Транспортна
100 – Кругло - шліфувальна:
шліфування діаметрів 60k6, 50f7, 48 начисто.
(Кругло-шліфувальний верстат3Б151; Центр, поводок).
105 – Шліце-шліфувальна:
шліфування бокових поверхонь шліців начисто.
(Різьбошліфувальний верстат 5822; Центр, поводок).
110 - Транспортна
115 - Мийна
120 - Транспортна
125 – Контрольна
130 - Транспортна
Склад готових деталей.
71
РОЗДІЛ 3. ОХОРОНА ПРАЦІ
3.1 Правила техніки безпеки та охорони праці при роботі з
центрифугою
Робота центрифуг характеризується великою швидкістю обертання,
тому недотримання правил експлуатації може викликати вихід машини з
ладу, травмування обслуговуючого персоналу, руйнування приміщення.
При експлуатації машин необхідно дотримувати наступні вимоги техніки
безпеки.
Перед монтажем і пуском центрифуги в експлуатацію необхідно
уважно ознайомитися з відповідною інструкцією по монтажу і експлуатації
машини. Підключення машини до електромережі на підприємствах
проводиться тільки персоналом даного підприємства. У приміщенні, де
знаходиться центрифуга, має бути достатнє освітлення. Кабелі, що йдуть
від пультів і станцій управління до центрифуги, мають бути прокладені в
каналі або траншеї і закриті урівень з підлогою кришками, що м'яко
знімаються.
В цілях уникнення ураження електрострумом при роботі в
приміщеннях з підвищеною вологістю необхідно користуватися
індивідуальними захисними засобами (гумові килимки, рукавички, калоші і
т. д.).
Центрифугу, станцію і пульт управління, а також електродвигуни
необхідно заземлити. Пускова апаратура повинна розташовуватися в
безпосередній близькості від машини. Проходи мають бути достатньо
широкими для обслуговування центрифуги; їх у жодному випадку не
можна захаращувати. Патрубки і люки відведення пари і газів мають бути
приєднані до відповідних магістралей.
72
Після установки і монтажу необхідно обкатати центрифугу протягом
часу, обумовленого у відповідній інструкції. Несправності, відмічені під час
обкатки, слід усунути!
До обслуговування машин допускаються тільки спеціально навчені
апаратники, що добре засвоїли і виконують правила догляду за машиною і
вимоги техніки безпеки при експлуатації.
Категорично забороняється:
самовільно пускати в роботу устаткування цеху, пов'язане з роботою
центрифуги;
перевищувати максимальне завантаження ротора і кількість його
обертів, вказані в технічній характеристиці;
експлуатувати центрифугу з числом циклів в годину, що перевищує
максимальне;
допускати нагрів підшипників вище за норми;
залишати працюючу машину без спостереження;
працювати при вібрації машини вище за норми, передбачені у
відповідній інструкції;
проводити складання і розбирання машини випадковим, не
призначеним для цієї мети інструментом або пристосуванням;
розбирати комунікації до повної зупинки машини;
застосовувати для мащення масло, не передбачене інструкцією;
включати центрифугу без мастила;
завантажувати ротор продуктом низької якості;
проводити регулювання апаратури системи автоматичного управління
під напругою;
працювати на машині при порушеній системі заземлення;
працювати з ротором або механізмом зрізу, що має пошкодження;
торкатися до деталей, що обертаються, при роботі центрифуги або
73
проводити яке-небудь регулювання.
Центрифуга має бути негайно зупинена в наступних випадках:
при виникненні неприпустимо великої вібрації;
при зміні характеру звуку під час роботи (виникненні різких
постійних або періодичних звуків), появі стуків;
при нагріві підшипників, редуктора або електродвигуна вище за
допустиму норму;
при виході з ладу деталей, здатному спричинити аварію.
Після зупинки необхідно оглянути і, з'ясувавши причини, що
викликали перераховані зміни характеру роботи, усунути їх. При огляді
машини рубильник має бути вимкнений і на нім має бути вивішена
табличка з написом «Не включати».
Розбирання і складання машини повинні проводитися в певній
послідовності, що розглянута вище для кожного типу центрифуг.
Щоб уникнути опіків мають бути теплоізольовані комунікації
підведення гарячої води, суспензії і пари.
Апаратник, обслуговуючий центрифугу, повинен містити робоче
місце в чистоті. Його спецодяг має бути охайним, акуратно застібнутим, без
кінців, що вільно висять.
До проведення налагоджувальних і ремонтних робіт на центрифугах
можуть бути допущені робітники, що обізнані їх пристрій, мають досвід
робіт з ними і пройшли інструктаж по техніці безпеки.
Центрифугу, що працює в нейтральному середовищі, слід перевіряти
раз на три місяці, а що працює в кислому або лужному середовищі — не
рідше за одне раз на місяць. При цьому перевіряють в основному стан
запобіжних пристосувань, підшипників і манжет, шестерень і інших деталей
редукторів (якщо такі є), зварних швів ротора, кожуха, станини, а також
74
робочих поверхонь ротора і механізму вивантаження. Результати перевірки
мають бути занесені в журнал по встановленій формі.
3.2 Розрахунок гумових віброізоляторів центрифуги
При дії вібрації на організм людини спостерігаються зміни в діяльності
серцевої та нервової систем, спазм судин, зміни у суглобах, що призводить
до обмеження їх рухомості. Тривала дія вібрації може спричинити
професійне захворювання — вібраційну хворобу. Слід зазначити, що
ефективне лікування вібраційної хвороби можливе лише на ранній стадії її
розвитку. Особливо небезпечна вібрація робочих місць з частотою, яка є
резонансною з частотою коливання окремих органів чи частин тіла людини,
що може призвести до їх механічного пошкодження. Для більшості
внутрішніх органів людини частота власних коливань становить 6—12 Гц.
Ступінь та характер впливу вібрації на організм людини залежить не лише
від виду та параметрів, а також і від напрямку її дії. Тому вібрація
поділяється залежно від осей ортогональної системи координат X, Y, Z,
вздовж яких вона діє (рис. 3.1).
а – положення стоячи, б – положення сидячии
Рисунок 3.1. - Напрямок координатних осей при дії загальної (а,б) та
локальної (в) вібрації
75
Особливо чутливий організм людини до вертикальної загальної вібрації
(вздовж осі Z), коли коливання передаються від ніг до голови.
Віброізоляція агрегатів досягається встановленням їх на спеціальні
віброізолятори (пружні елементи, що мають невелику жорсткість),
застосуванням гнучких елементів (вставок) в системах трубопроводів та
комунікацій, з’єднаних з вібруючим обладнанням, застосуванням м'яких
еластичних прокладок для трубопроводів та комунікаціях в місцях проходу
їх через огородження і в місцях кріплення до огороджувальних конструкцій.
Як гнучкі вставки можна використовувати гумово-тканинні напірні
рукави або рукави гумово-тканинні з металевими спіралями.
Для зниження вібрацій, що передаються на несучу конструкцію,
застосовуються пружинні або гумові віброізолятори.
Для агрегатів, що мають швидкість обертання менше 1800 хв-1, слід
застосовувати пружинні віброізолятори; при швидкості обертання понад
1800 хв-1 допускається застосування і гумових віброізоляторів. Однак термін
експлуатації гумових віброізоляторів не перевищує трьох років. Сталеві
(пружинні) віброізолятори довговічні і надійні, проте вони ефективні при
віброізоляції низьких частот і недостатньо знижують передачу вібрацій
більш високих частот.
Гумові віброізолятори мають велике внутрішнє тертя, їх
використовують у випадках, коли необхідно зменшити час затухання власних
коливань та амплітуду коливань у резонансних режимах.
Пружний елемент гумового віброізолятора працює на стиснення або на
зсув. Віброізоляція при роботі гумового елемента віброізолятора більш
ефективна на зсув, ніж на стиснення, оскільки модуль пружності гуми на зсув
значно менший, ніж модуль пружності на стиснення. Застосовуються також
віброізолятори, в котрих використовуються пружні властивості стисненого
повітря. Пневмогумові віброізолятори прості за конструкцією і мають високі
віброізолювальні властивості. Вони накладаються один на одного або
76
розкладаються паралельно при встановленні важкого обладнання. Машини з
динамічними навантаженнями (вентилятори, насоси, компресори тощо) слід
жорстко монтувати на важкій бетонній плиті або металевій рамі, котра
спирається на віброізолятори. Застосування важкої плити знижує амплітуду
коливань агрегата, встановленого на віброізоляторах. Плита також
забезпечує жорстке центрування з приводом і знижує розташування центра
ваги установки, наближаючи його до центра жорсткості віброізоляторів.
3.3 Порядок розрахунку гумових віброізоляторів
Визначаємо власну частоту коливань всієї центрифуги у зборі:
f 50
f0 15,1 с-1 , (3.1)
1 1
1 1
ÊÏ 0,1
де f =3000 хв-1 = 50 с-1 – частота вимушених коливань обертових частин
центрифуги;
КП=1/10 – коефіцієнт передачі коливань (КП=1/8÷1/15).
При знайденому значенні f0 необхідне статичне осідання
віброізольованої системи визначається по формулі:
g 9,8
X ñò 0,0011 м, (3.2)
2 2
2 f 6,28 15,1
0
тобто Хст=1,1 мм.
Для вибраного матеріалу амортизатору (гума марки 93)
розраховується висота амортизатору:
Å 39,3 105
h X ñò 0,0011 0,027 м (3.3)
4,4 105
де E= 39,3·105 - динамічний модуль пружності, Н/м2;
σ=4,4·105 - розрахункова напруга стискування в гумі, Н/м2.
77
Виходячи з конструктивних особливостей машини, задаються
кількістю амортизаторів N (N=4).
Площа віброізолювальних опор:
Q 1100 9,8
S 0,0245 м2, (3.4)
4,4 105
де Q= 1100·9,8 - вага машини, H (де 1100 кг – маса установки без врахування
нижньої рами);
σ=4,4·105 - розрахункова напруга стискування в гумі, Н/м2.
Визначають площу поперечного перетину одного віброізолятору s, м2,
за формулою:
S 0,0245
s 0,0061 м2, (3.5)
N 4
де S - сумарна площа поперечного перетину;
N - кількість віброізоляторів.
Визначають поперечний розмір одного віброізолятора:
4s 4 0,0061
d 0,088 м або 88 мм. (3.6)
3,14
Гумові віброізолятори зберігають стійкість від перекидання в процесі
експлуатації за умови: h ≤ d ≤ (1,5÷2)h. Тоді висоту віброізолятору необхідно
збільшити до 68 мм.
Якщо габарити амортизаторів виявляються неприйнятними,
проводиться розрахунок другого наближення, в якому задається менше
значення висоти прокладки, вибирається матеріал з меншою жорсткістю
або збільшується кілкьість виброизоляторов.
Ослабіння рівня вібрації:
1
L 20lg 20 1 20 дБ, (3.7)
ÊÏ
де КП - коефіцієнт передачі.
78
Слід пам'ятати, що широкі амортизатори з малою висотою H небажані,
оскільки вони мають надмірну жорсткість. Тому гумові килимки, що часто
підстилають під вібруючі механізми, практично неефективні. Якщо ж по
конструктивних міркуваннях все ж доведеться вибирати широкі листи
амортизаторів, останні необхідно робити перфорованими або рифленими.
В нашому випадку застосовуємо 4 віброізолювальні гумові цидіндри
висотою 68 мм і діаметром 90 мм.
79
ВИСНОВОК
При виконанні бакалаврської кваліфікаційної роботи було проведено
огляд відомих літературних джерел та виконано аналіз конструкцій вузлів
центрифуги. Визначено задачу, що потребує вирішення – підвищення
надійності роботи машини з метою зменшення необхідних експлуатаційних
витрат.
Виконано техніко-економічне обґрунтування проекту, огляд літератури,
патентні дослідження, опис розроблюванного обладнання, опис
технологічної лінії, опис розроблюваного обладнання, опис розробленого
технічного рішення, розрахунок технологічних параметрів центрифуги,
визначення продуктивності, визначення споживаної потужності,
кінематичний розрахунок приводу центрифуги, розрахунок клинопасової
передачі, розрахунок гідравлічної муфти, розрахунок вузлів та деталей на
міцність, розрахунок валу на міцність, розрахунок підшипників на
довговічність, розрахунок шпонкового з’єднання на міцність, вибір заготовки
та розрахунок припусків, розробка методів обробки поверхонь, розробка
технологічного процесу виготовлення деталі, розрахунок режимів різання.
Розроблено заходи з охорони праці.
Рекомендовано впровадити результати у виробництво на
машинобудівному підприємстві.
80
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Богомолов О.В., Гурський П.В., Богомолова В.П. Курсове та
дипломне проектування обладнання переробних і харчових підприємств:
Навч. посібник для студ. вищих навч. закл. – Х.: Еспада, 2005. – 429 с.
2. Ванін В.В., Бліок А.В., Гнітецька Г.О. Оформлення
конструкторської документації: Навч. Посіб. 3-вид. – К.: Каравела, 2004. –
160 с.
3. 4. ДСТУ 7809:2015. Прокат сортовий, калібрований зі спеціальним
обробленням поверхні з вуглецевої якісної конструкційної сталі. [Чинний від
22-06-15].Київ: ДП «УкрНДНЦ», 2016. 21 с. 1.
4. Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни
«Технологічне обладнання харчових виробництв та галузі» для студентів
денної та заочної форм навчання освітньо-професійного рівня бакалавр за
напрямом підготовки 6.050503 «Машинобудування» /Укладачі: А.Л. Яцук –
Дніпродзержинськ, ДДТУ, 2015. – с. 35.
5. 7 Методичні рекомендації до практичних занять з дисципліни:
«Технологічне обладнання харчових та торгівельних підприємств» для
здобувачів освітнього ступеня бакалавр зі спеціальності 133 «Галузеве
машинобудування» освітньо-професійної програми «Обладнання харчових,
торгівельних та машинобудівних підприємств» всіх форм навчання /Укладачі
В.І. Осипенко, О.В. Батраченко Л.М. Мізнік, М.В. Хандюк – Черкаси: ЧДТУ,
2021. – 78 с.