Расчет и проектирование технологического процесса по производству водки

3. Инженерные расчеты

3.1 Технологический расчет

1) Расчет производительности  укупорочной машины (бут/ч) определяется  по формуле:

П=3600*Z_У*n,

где Z_y – количество укупорочных устройств, шт;

      n – частота вращения вала карусели, с^-1 (принимаем 0,17с^-1)

П=3600*12*0,17=7344 бут/ч

2) Расчет расхода пробок  под винтовое горлышко

P_п=П*К_З,

где П - часовая производительность машины, бут/ч

      К_З – коэффициент запаса пробок =1,01

P_п=7344*1,01=7417 шт

3) Расчет циклограммы

Из выражения П=Z_У*n производительность одного оборота ротора Т будет определяться по формуле:

Т=1/П= Z_У/П, с

Т=12/2,04=5,9 с

В дальнейшем для обеспечения  работы машины на максимальной производительности расчет производиться по Т_min:

Т_min=1/П_max=( Z_У*3600)/ П_max, с (П_max принимаем равное 7800 бут/ч

Т_min=(12*3600)/7800=5,5 с

В течение времени Т_min  на движущемся роторе осуществляются следующие операции: загрузка бутылки на карусель, снятие колпачка на венчик бутылки (подача колпачка или пробки в укупорочное устройство), подъем бутылки со столиком (или опускание укупорочного устройства до контакта центратора с венчиком бутылки), закатывание, обжим или забивание пробки, опускание бутылки (или подъем укупорочного устройства) и выгрузка бутылки с карусели на транспортер.

 

Строим циклограмму механизма

 

 

 

 

 

 

30° - происходит подъем  бутылки столиком; 85° - идет загрузка  и выгрузка бутылки; 30° - происходит  опускание бутылки; 215° - происходит  укупорка бутылки.

 

2.  Энергетический расчет

1) Расчет мощности на  привод 

Энергетические затраты (N, кВт) укупорочной машины рассчитываются по формуле:

N=N₁+N₂+N₃+N₄+N₅, кВт

где, N₁ – мощность, расходуемая на вращение карусели без учета сопротивления ролика подъемных столиков, кВт;

          N₂ - мощность, расходуемая на перекатывание роликов по копиру, принимаем равной 0,013 кВт;

          N₃ - мощность, расходуемая на вращение загрузочной звездочки, принимаем равной 0,017 кВт;

         N₄ - мощность, расходуемая на вращение разгрузочной звездочки, принимаем равной 0,017 кВт;

         N₅ - мощность, расходуемая на вращение шнека-делителя, принимаем равной 0,015 кВт.

N₁=(G*f_y*π*d_пк*n)/1000, кВт,

 

 

где, G – масса карусели с укупорочными устройствами (принимаем равной 160 кг)

        f_y – условный коэффициент трения подшипника качения (f_y=0,8);

        d_пк – диаметр окружности по центрам шариков упорного подшипника механизма, м;

        n – частота вращения рассчитываемого механизма, мин^-1

N₁=(160*0,8*3,14*0,505*0,17)/1000=0,034 кВт

N= 0,034+0,013+0,017+0,017+0,015=0,096 кВт

2) Расчет мощности электродвигателя  на привод укупорочной карусели

 N_дв=(N*К_з)/η_общ, кВт,

где, К_з – коэффициент запаса мощности (принимаем 1,3, так как равен 30%)

       η_общ – общий КПД привода карусели (принимаем 0,88)

N_дв=(0,096*1,3)/0,88=0,14кВт

 

3. Кинематический расчет

Кинематический расчет привода 

1.1 Расчет общего передаточного  отношения

i_общ=n_дв/n_кар,

где, n_дв – частота вращения электродвигателя, (1500 мин^-1);

       n_кар – частота вращения вала карусели, мин^-1

i_общ=1500/10,2=147

1.2 Расчет передаточных  отношений каждой передачи привода  карусели.

Передаточное отношение  от вала электродвигателя к валу карусели:

Передаточное число от вала двигателя к валу карусели можно  выразить как

i_общ=i_кл*i_ред*i_зп,

где i_кл – передаточное число клиноременной передачи

      i_ред - передаточное число редуктора (принимаем 20)

      i_зп - передаточное число зубчатой передачи (принимаем 3,33)

Находим передаточное число  клиноременной передачи:

i_кл= i_общ/( i_ред* i_зп)

i_кл=147/(20*3,33) =2,21

1.3 Расчет кинематических  элементов каждой передачи привода  карусели.

1) Расчет диаметра ведомого  шкива:

i_кл=D₂/D₁,

где, D₁ – диаметр ведущего шкива (принимаем равным 100 мм);

       D₂ – диаметр ведомого шкива, мм

D₂= D₁,* i_кл

D₂=100*2,21=221 мм

2) Расчет числа зубьев  ведомой шестерни зубчатой передачи:

i_зп=z₂/z₁,

где, z₁ – число зубьев ведущей шестерни (принимаем равной 42)

       z₂ – число зубьев ведомого колеса

z₂=z₁* i_зп

z₂=42*3,33=140

 

3) Расчет червячного колеса  червячного редуктора:

i_ред= z₂/z₁,

где, z₁ – число заходов червяка (принимаем равным 2)

       z₂ – число зубьев червячного колеса

z₂=z₁*i_ред

z₂=2*20=40

1.4 Расчет частоты вращения  для каждого вала привода карусели

1) Расчет частоты вращения  I вала:

n_I=n_дв/ i_кл

n_I=1500/2,21=679 мин^-1

2) Расчет частоты вращения  II вала:

n_II= n_I/i_ред

n_II=679/20=34 мин^-1

3) Расчет частоты вращения  III вала:

n_III=n_II/i_зп

n_III=34/3,33=10,2 мин^-1

1.5 Расчет угловых скоростей  для каждого вала привода карусели

1) Определяем угловую  скорость вала электродвигателя:

ω_дв=π*n_дв/30, с^-1

ω_дв=3,14*1500/30=157 мин^-1=2,6 с^-1

2) Определяем угловую  скорость на I валу:

ω_I=π*n_I /30, с^-1

ω_I=3,14*679/30=71 мин^-1=1,2 с^-1

3) Определяем угловую  скорость на II валу:

ω_II=π*n_II /30, с^-1

ω_II=3,14*34/30=3,6 мин^-1=0,06 с^-1

4) Определяем угловую  скорость на III валу:

ω_III=π*n_III /30, с^-1

ω_III=3,14*10,2/30=1,07 мин^-1=0,018 с^-1

 

1.6 Расчет крутящих моментов  для каждого вала привода карусели

1) M=N/ω, Н*м,

где, M – крутящий момент на валу, Н*м

       N – мощность на валу, Вт

       ω –  угловая скорость на валу, с^-1

N=N_дв*η, Вт

где, N_дв – мощность двигателя, Вт

       η –  КПД двигателя (принимаем 0.8)

N=0,14*0,8=0,112 кВт =112 Вт

М_дв= N/ω, Н*м

М_дв=112/2,6=43 Н*м

2) Расчет крутящего момента  I вала:

N_I=N*η_кл.п*η_п, Вт,

где, η_кл.п – КПД клиноременной передачи (принимаем 0,95)

       η_п – КПД подшипника (принимаем 0,99)

N_I=112*0,95*0,99=105 Вт

М_I=N_I/ω_I, Н*м,

М_I=105/1,2=87 Н*м

3) Расчет крутящего момента  II вала:

N_II=N_I*η_ред*η_п, Вт,

где, η_ред – КПД редуктора (принимаем 0,98)

N_II=105*0,98*0,99=102 Вт

М_II=N_II/ω_II, Н*м,

М_II=102/0,06=1700 Н*м

4) Расчет крутящего момента  III вала:

N_III=N_II*η_зп*η_п, Вт,

где, η_зп – КПД зубчатой передачи (принимаем 0,96)

N_III=102*0,96*0,99=97 Вт

М_III=N_III/ω_III, Н*м,

М_III=97/0,018=5389 Н*м