Привет студент

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Линия по производству какао-порошка

Аннотация

 

Пояснительная записка содержит      страниц, 11 таблиц, 37 источников. Графическая часть выполнена на 10 листах формата А1.

В данном проекте изложены основные положения линии по производству какао-порошка и произведен расчет вибромельницы.

Проектом предусмотрено применение вибромельницы как в пищевом, так и других отраслях промышленности, где требуется тонкое измельчение. Это позволит снизить трудоёмкость и затраты на изготовление продукции, обеспечит высокую производительность труда и улучшит качество изделий. 

 

The summary

 

The explanatory slip contains of        pages, 11 tables, 37 sources. The graphic part is executed on 10 sheets A1.

There are the basic rules of a line on manufacture of cocoa-powder and the calculation of the vibromill in the project.

In this work provide for use the vibromill as food industry, so other branches of production that is needed thin crush. It permits to lower labor-intensive and expense on manufacture of produce, provides high productivity of labor and improves the quality of articles.

 

Содержание

 

               Введение…………………………………………………………...................6

1 Литературный обзор

    1.1 Конструкции непрерывных мельниц………………………............10

                    1.2 Сущность процесса измельчения. Кинетика процесса……............11

                1.3 Основные факторы, влияющие на процесс вибрационного измельчения……………………………………………………………...12

                1.4 Управление кинетики измельчения………………………………..13

2 Описание технологического процесса………………………… ……...15

3 Назначение, устройство и принцип действия аппарата……… ……...19

4 Патентная часть………………………………………………………….21

5 Технологический расчёт………………………………………………...23

6 Механический расчёт

6.1 Расчет вибромельницы на прочность…………………………….25

6.2 Проверка прочности вала при двукратных перегрузках………...28

6.3 Подбор подшипников узлов……………………………….............31

6.4 Проверка шпоночных соединений………………………………...32

7 Применение ЭВМ в инженерных расчетах

7.1 Расчет пружинных опор……………………………………………35

7.2 Программа расчета пружинных опор…………………………......35

7.3 Технологический расчет пружинных опор вибрационной мельницы………………………………………………………………..37

• Монтаж, диагностика, ремонт
  • Возможные методы восстановления……………………………...41

                9   Выбор конструкционных материалов……..……...……………...........42

10 Автоматика……………………………………………………………...44

11 Безопасность труда

11.1 Анализ и обеспечение безопасных условий труда………...……46

11.2 Мероприятия по улучшению условий труда……………………49

11.2.1 Защита от вибраций……………………………………………..49

11.3 Возможные чрезвычайные ситуации…………………………….50

12 Экономическая часть

12.1  Характеристика аппарата и существо проекта………………....53

12.2 Характеристика и анализ рынка………………………………….54

12.3 Анализ конкурентов………………………………………………55

12.4 План маркетинга…………………………………………………..55

12.5 План производства……………………………………..…………56

12.6 Расчет эффективности капитальных вложений…………………56

12.7 Расчет годовых эксплуатационных затрат по установке……….60

12.8 Расчет годового экономического эффекта………………………61

Заключение…………………………………………………………………63

Список использованных источников……………………………………..64

Приложение……………………………………………………………….. 66

 

Введение

 

Процессы, включающие дробление и измельчение различных твёрдых пород, пищевых продуктов, искусственных материалов, древесины и других веществ, широко используются как в нашей стране, так и за рубежом. В ряде отраслей народного хозяйства используют тонкое измельчение продуктов и материалов с целью улучшения их физико-химических свойств. Тонкое измельчение способствует повышению скорости протекания межфазовых процессов и получению лучшей структуры конечного продукта. Так при уменьшении размера частиц увеличивается их удельная поверхность

В настоящее время наиболее эффективным методом измельчения считается метод вибрационного измельчения, обеспечивающий создание регулируемого состояния дисперсных систем. Главная отличительная особенность этого метода, как одного из вида механических воздействий, состоит в возможности передачи энергии системе большей удельной мощности при малой амплитуде её смещения за период колебаний. Вместе с тем, возможность регулирования параметров вибрации (частот и амплитуд) в широких пределах позволяет распространить её действие как на значительные объёмы перерабатываемой дисперсной среды, так и наоборот, в случае необходимости, ограничить тончайшим слоем в несколько микрон, непосредственно соприкасающихся с поверхностью генерирующих механические колебания. По этим причинам вибрация может рассматриваться как универсальная форма механических воздействий на дисперсные системы вообще и на структурирование системы в особенности.

Универсальность вибрации и состоит в том, что она является наиболее эффективным общим средством управления динамическим состоянием систем при осуществлении различных технологических операций в различных системах.

Преимущество вибраций состоит не только в том, что она приводит к интенсивному движению частиц относительно друг друга в объёме системы,но также и в том, что при вибрации резко увеличивается скорость движения каждой частицы в отдельности относительно её центра массы.

В пищевой промышленности вибрационные воздействия с успехом используются для ускорения процессов образования ряда пищевых масс, при просеивании и сепарировании, в резательных и сортирующих машинах, при уплотнении и мойке, транспортировании, измельчении, формовании и дозировании, в ориентирующих и сушильных установках.

Основная роль вибрации в этом случае состоит в интенсификации процессов тепло- и массообмена путём быстрого увеличения поверхности взаимодействия компонентов, участвующих в этих процессах.

Значительный вклад в развитие вибрационной техники и её применение в различных технологических процессах внесли отечественные учёные. В большинстве их работ по вибрации закономерности процесса  рассматриваются, главным образом, с позиций гидродинамики, механики сплошных сред и классической механики.

В пищевой промышленности для эффективного осуществления большинства процессов требуется тонкое измельчение и диспергирование  продукта. Например, измельчение сахара-песка, порошка какао, диспергирование картофеля, свёклы и т.д. Тонкое измельчение способствует повышению скорости протекания межфазовых процессов и получению лучшей структуры конечного продукта. Это связано с тем, что при тонком измельчении продукта происходит уменьшение размеров частиц, увеличивается их удельная поверхность и однородность. В результате ускоряются  реакции, снижается требуемая температура при нагреве, сокращается расход дефицитных компонентов, а в ряде случаев и потребление энергии.

Перспективным для пищевой промышленности следует считать измельчение пищевых компонентов вибрацией.

Вибрационное измельчение производят в вибрационных мельницах мелющими телами.

По размерам образующихся при помоле частиц различают грубый (до 0,1мм), средний (до 0,01мм) и тонкий (менее 0,01мм) помолы. Вибрация наиболее эффективна при среднем и тонком помоле.

Существующие вибромельницы можно классифицировать по числу колеблющихся масс, рабочих органов (камер), типу вибровозбудителей и характеру вибрации рабочего органа. Одномассные вибрационные мельницы работают в зарезонансном режиме и их выполняют с одной или несколькими камерами, приводимыми в движение инерционными вибраторами.

Преимущество одномассной системы состоит в простоте конструкции.

Мощность одномассного агрегата может составлять 2000 кВт, а максимальный радиус круговой траектории – до 10 мм.

К недостаткам одномассных вибрационных мельниц следует отнести значительные динамические нагрузки на фундамент, зависимость амплитуды колебаний камеры от нагрузки и высокую окружную скорость дебалансов.

Разновидностью вибрационных мельниц являются вибромельницы с вертикальной помольной камерой, выпускаемые фирмой «Боултон» (Англия), «Свехо» (США) и «Фрич» (Германия).

В нашей стране первая вибромельница была изготовлена в ВНИИТИСМ в 1968 году.

В этом дипломном проекте рассматривается измельчение какао-жмыха до конечного готового продукта - какао-порошка.

Какао-жмых является ценным сырьём, которое остаётся после производства шоколада. Его измельчают и потребляют в виде напитка.

Какао-порошок производят во всём мире, и он является любимым питанием людей всех возрастов. Раньше, какао-порошок, как таковой, не приготовлялся, а употреблялся в виде жидкого шоколада. Это был тяжёлый напиток, так как ещё не были известны способы устранения из какао некоторой части масла. Такой напиток был известен уже в XVII веке. В 1650 году его пили англичане, а в 1670 – в России.

Основу современного какао-напитка составляют какао-продукты, сахар, молоко и другие вкусовые добавки.

Какаовое дерево принадлежит к семейству стерхулиевых. Оно нуждается в тёплом и влажном климате и весьма чувствительно к воздействию прямых солнечных лучей и ветров. Поэтому какаовое дерево растёт под защитой тенистых деревьев. Высота какаового дерева достигает 15 м, а толщина ствола – 30 см. Плодоносит дерево через 5 лет после посадки в почву.

Листья дерева – вечнозелёные, белого, розового и красного цвета, дающие плоды через 4-6 месяцев. Плод похож на огурец длиной 25 см и толщиной 10 см. Он содержит 30-50 семян светло-красного цвета. Лишь семена сорта Байа имеют белую окраску.

Существует мнение, что леса Амазонки и Ориноко являются истиной родиной какаового дерева. Последнее распространено также в тропических лесах Америки, Мексики и Гондураса.

В 1828 году фирма  « Ван-Гуден» зарегистрировала патент на производство шоколадного порошка, из которого одна третья часть масла. Таким образом, фирмой впервые было произведено всем какао.

Фирма «Ван-Гуден» - пионер производство распространяемого какао, названного так потому, что добавление карбоната или бикарбоната натрия (пищевой соды), т.е. щелочи, поддерживает частицы какао в свободном состоянии (взвешенное состояние)определенное время после приготовления напитка и придает этому напитку более темный цвет.

Долгое время велись споры о том, нужно ли добавлять щелочь в напиток. Практика показала, что использование щелочи уже ведется почти повсеместно. В1876 году шоколадная индустрия получила новый толчок  в развитии шоколадного молочного напитка по изобретению М.Д. Петера Молочный какаовый напиток очень полезен и имеет высокую энергоспособность.

Очень хорошо известны и широко используются тонизирующие свойства какао, которые связаны с его химическим составом (теобромин, кофеин, алкалоиды, дубильные вещества, придающие какао горьковатый вкус).

Основная часть углеводов, находящихся в какао, принадлежит крахмалу (37,7грамм на 100грамм порошка). Из растворимых в воде аминокислот - основной части белков – в свободном состоянии находится жизненно важные для организма компоненты: левицин, валин, аланин, фенилаламин, гликолол. Уровень кислотности продукта (РН) составляет 5,8 – 6,39.

Популярность шоколадных изделий и их большой ассортимент свидетельствуют о том, что на первый план выдвигаются задачи усовершенствования и создания нового оборудования для производства шоколада, какао-порошка и какао-масла. В обычном шоколаде содержится сахара 55-65 %, тертого какао и какао-масла – 20-45% влаги -1,5-5%, клетчатки-3-4%, степень измельчения продукта - 92-96%, частиц- до размера 30мкм, не более.

В обычном какао-порошке  (ГОСТ 108-76) содержится: белков – 4,9 г, жиров –16,4 г, углеводов – 28,9г.  Энергетическая ценность – 348 ккал в 100 г продукта.

Способ приготовления: на 200г. напитка берутся одна- две чайные ложки какао – порошка и две- три ложки сахарного песка. Полученная после перемешивания какао-порошка и сахара смесь разводится небольшим количеством молока, после чего в приготовленную массу добавляется остальное количество горячего молока, перемешивается  и доводится до кипения.

 

1 Литературный обзор

 

1.1 Конструкции непрерывных мельниц

В промышленности и лабораторной практике для тонкого измельчения сырья чаще всего применяются мельницы четырех типов: вращающие барабанные, шаровые, вибрационные, дезинтеграторы и струйные. Эффективность работы этих мельниц, экономичность, что важно при их промышленном использовании, и диапазон дисперсности, в котором они дают лучшие показатели, зависят от многих факторов. Среди них важное значение имеют: материалы стенок и мелющих тел, размеры шаров, частота и амплитуда колебаний - для вибрационной мельницы; скорость и запыленность газа- для струйной мельницы.

Многое определяет сопряженный с мельницей агрегат загрузки и выгрузки измельченного материала.

На основании известных данных можно сказать, что не существует ни одной такой мельницы, которая могла бы всегда и во всех случаях эффективно заменить все другие мельницы. Поэтому в промышленности с учетом конкретных свойств измельчаемого материала и условий его применения наиболее распространенными являются вращающиеся мельницы с мелющими телами. Их успешно применяют в различных областях народного хозяйства.

Существующие вибромельницы можно классифицировать по числу колеблющих масс, рабочих органов (камер), по типу вибровозбудителей и характеру вибрации рабочего органа. Одномассные вибромельницы работают в за резонансном режиме. Преимущество одномассных систем состоит в простоте конструкции. К недостаткам этих систем можно отнести значительные динамические нагрузки на фундамент, зависимость амплитуды колебаний камеры отгрузки и высокую окружную скорость дебалансов.

В некоторых конструкциях для увеличения амплитуды колебаний дебалансы разводят на угол 90°. Это обеспечивает пространственные колебания помольной камеры, что повышает эффективность измельчения материала.

Эффективность  помола определяется механическими свойствами измельченного материала, частотой и амплитудой колебаний рабочего органа, размерами и твердостью шаров, объемом помольной камеры и степенью заполнения ее мелющими телами и измельчаемым материалом, способом удаления измельченного материала из помольной камеры. Установлено, что производительность помола пропорциональна квадрату амплитуды колебаний.

Скорость измельчения растет с повышением твердости материала, из которого изготовлены шары. С уменьшением размеров частиц исходного материала и увеличением требований к его дисперсности размеры шаров уменьшаются. Обычно применяются шары двух или трех диаметров, взятых в соотношении один к пяти как по размерам, таки по числу.

Оптимальная степень заполнения рабочей камеры измельчаемым материалом 10- 20% объема камеры.

Вибромельницы имеют большую энергонапряжённость, которая может достигать (0,8 / 1,2) * 10³ кВт/м³. Это значение определяется значениями, так называемой энергии решётки, которая характеризуется энергией, расходуемой на разрушение одной грамм-молекулы кристаллического соединения.

Важным параметром вибромельныцы является производительность, которая зависит, в свою очередь, от амплитуды и частоты колебаний помольной камеры, степени её заполнения, а также размера мелющих тел. С увеличением частоты колебаний до 1500 колебаний в минуту наблюдается прямая зависимость между производительностью и частотой колебаний. Это объясняется повышением числа соударений материала и мелющих тел.

Характер зависимости производительности от амплитуды колебаний при различных размерах мелющих тел показывает, что производительность растёт с увеличением амплитуды колебаний, причём этот рост замедляется при А>35мм. Наиболее эффективной с точки зрения производительности при А>23мм являются мелющие тела малых размеров.

Влияние степени заполнения помольной камеры на производительность мельницы показывает, что максимальной производительности соответствует степень заполнения 80-90 %. Объясняется это тем, что при малых степенях заполнения материал и мелющие тела только подбрасываются и падают. С увеличением заполнения измельчающий материал ударяется о верхнюю часть помольной камеры, изменяет свою форму, что сопровождается увеличением эффекта стирающего измельчения. При полном заполнении помольной камеры измельчаемым материалом производительность вибромельницы падает до нуля, так как прекращается относительное движение материала и мелющих тел.

Производительность вибрационных мельниц в значительной степени зависит от дисперсного конечного продукта и определяется  чаще всего экспериментально.

Мощность вибромельниц определяется, главным образом, по эмпирическим формулам в зависимости от амплитуды колебаний, массы камеры, массы загрузки, вида помола и других факторов. Примером такой зависимости может служить формула, полученная японскими исследователями для одномассной и однокамерной вибромельницы. Исследования показывают, что мощность привода расходуется на преодоление потерь при колебаниях камеры и шаровой загрузки. Расход мощности на измельчение меньше этих двух факторов, поэтому формула для определения мощности вибромельниц включает только две составляющие:

 

Nизм=0785^0,35*(n/1000)^1,67*(m_k/600)+0.0387A^2,2*(n/1000)^3,3*((m_м/500)     (1.1)

 

                        

В последние годы в промышленности строительных материалов начали применять для тонкого измельчения так называемые вибрационные мельницы, позволяющие вести как сухое, так и мокрое измельчение до высокой степени дисперсности материалов. Схема такой мельницы представлена на рис. 1.1.  Мельница имеет корпус 3 цилиндрической или корытообразной формы, внутри которого на шарикоподшипниках вращается от электродвигателя 1 (через эластичную муфту 2) горизонтальный неуравновешенный вал 4. Корпус мельницы установлен на фундаменте с помощью массивных клапанных пружин 7 и заполняется измельчающими телами, обычно стальными шарами. Измельчаемый материал загружается в корпус. При вращении неуравновешенного вала корпус мельницы при водится в круговое колебательное движение, стенки корпуса сообщают мелющим телам частые импульсы, вследствие чего материал и шары в мельнице совершают сложное движение. При малой частоте колебаний вибромельницы каждое из измельчающих тел совершает в ней л ишь ограниченные перемещения около некоторого среднего положения. По мере увеличения частоты колебаний достигается критическая зона, в которой характер движения изменяется: измельчающие тела подбрасываются, сталкиваются и совершают отраженные броски, вращаются, и, кроме того, вся загрузка перемещается вокруг центральной трубы корпуса.

 

Рис. 1.1 Схема вибрационной мельницы:

 

1-электродвигатель; 2-эластичная муфта; 3-корпус; 4-вал вибратора;
5-дебаланс; 6-подшипники; 7-пружины.

Высокая частота колебаний и разнообразный характер воздействий измельчающих тел на материал создают усталостный режим разрушения обрабатываемого материала. Это является главной особенностью процесса вибрационного измельчения и объясняет, почему вибрационная мельница особенно эффективна при получении продуктов высокой степени дисперсности. В результате совокупных механических воздействий высокой частоты и периодически возникающих напряженных состояний в измельчаемом материале слабые места, всегда имеющиеся в структуре твердого материала, еще более ослабляются и разрушение частиц происходит по этим местам. При измельчении материала по мере уменьшения среднего размера частиц, сопровождающегося сокращением числа дефектов, процесс измельчения замедляется. Когда размер частиц доводится примерно до 1 мм и особенно до 100 мк, измельчаемый материал как бы упрочняется, т. е. его размолоспособность резко падает.

Основными показателями режима работы вибрационной мельницы являются частота и амплитуда колебаний, форма, размеры и материал измельчающих тел, степень заполнения корпуса мельницы измельчающими телами и соотношение между количеством этих тел и загрузкой измельчаемого материала. Режим работы определяется также родом помола-сухой или мокрый, способом действия-периодический или непрерывный, с классификацией или без нее и др.

Частота и амплитуда колебаний вибрационной мельницы определяют интенсивность работы шаров, величины потребляемой энергии и усилий, действующих в механизме мельницы. Частота колебаний (или число круговых качаний) в минуту равна числу оборотов приводного электродвигателя, вал которого соединен эластичной муфтой непосредственно с валом вибратора. Амплитуда колебаний, или половина размаха колебаний, зависит от величины момента вибратора, веса корпуса с вибратором, веса измельчающих тел и загрузки измельчаемого материала, частоты колебаний и консистенции измельчаемого материала. Установлено, что интенсивность процесса значительно выше при больших частотах и меньших амплитудах колебаний, чем при меньших частотах и больших амплитудах в пределах одного и того же ускорения. Вибрационные мельницы конструкции ВНИИТИСМ имеют съемные вибраторы на 1500 и 3000 колебаний в минуту, величину амплитуды их колебаний можно регулировать в пределах до 3-4 мм при 1500 об/мин. идо 2 мм при 3000 об/мин. Установлено также, что наиболее подходящими по форме телами измельчения являются шары или цилиндры, у которых длина равна диаметру. Диаметр шаров и цилиндров для существующих вибрационных мельниц типа М200 и М400 должен быть не менее 8 мм и не более 18 мм. В качестве тел измельчения можно рекомендовать шары и ролики, забракованные на заводах шариковых подшипников и закаленные до твердости 60-64 по Роквеллу, а также и шары из любой износостойкой стали, которая может подвергнуться закалке до твердости 54-64 по Роквеллу. Могут также применяться для этих целей шары из отбеленного чугуна твердостью 550-650 по Бринеллю.

Степень заполнения корпуса мельницы телами и измельчаемым материалом, т. е. отношение объема смеси тел и измельчаемого материала к общей емкости корпуса, рекомендуется принимать при сухом помоле порядка 0,75-0,85 для корытообразных корпусов и 0,8-0,9 для цилиндрических корпусов. При диспергировании суспензии и паст принимают степень заполнения корпуса мельницы 0,7-0,75.

Установлено, что наибольшей производительности вибрационная мельница достигает тогда, когда объем измельчаемого материала равен объему межшарового пространства или когда отношение объема шаров к объему материала составляет примерно 2,5.

При измельчении до частиц размером 5-15 мк и крупнее производительность вибрационной мельницы будет больше при сухом помоле; при измельчении до меньших размеров частицы более эффективным будет мокрый помол.

 

Рис. 1.1. Схема установки для мокрого вибрационного помола:
1-смеситель; 2-привод; 3-вибрационная мельница; 4-холодильник; 5-насос.

Процесс вибрационного измельчения сопровождается переходом значительной части расходуемой механической энергии в тепловую, в связи с чем значительно повышается температура измельчающих тел и измельчаемого материала в мельнице. При периодическом режиме работы мельницы температура внутри мельницы может достичь 100° и более. Такое повышение температуры измельчаемого материала допустимо не всегда, и поэтому вибраторы вибрационных мельниц снабжаются рубашкой для охлаждения непрерывно циркулирующей водой. Если охлаждение оказывается недостаточным, то дополнительно охлаждают корпус мельницы, например, путем водяного орошения. При мокром измельчении для охлаждения устанавливают холодильники. Схема мокрого помола представлена на рис. 1.2.

В зависимости от размолоспособности, крупности и влажности измельчаемого материала, а также от требуемой степени дисперсности измельченного материала производительность существующих вибрационных размольных установок составляет от 300 до 500 кгс в час. Такая производительность еще недостаточна для применения вибрационных мельниц на предприятиях, перерабатывающих большие количества материалов.

 

 

 

Устройство вибромельницы

 

 

Рис. 1.3. Устройство вибромельницы

 

Основные узлы

Рассмотрим устройство вибромельницы на примере аппарата МВ-0,2 (см. рисунок 1.3). В состав вибромельницы входят следующие элементы: 
  1 – помольная камера; 
  2 – мелющие тела (металлические шары, цильпебсы); 
  3 – нижний вибровозбудитель; 
  4 – верхний вибровозбудитель; 
  5 – соединительная муфта; 
  6 – упругие опоры (пружины, виброизоляторы); 
  7 – лепестковая муфта; 
  8 – подшипниковый блок; 
  9 – электродвигатель; 
  10 – опорная рама; 
  11 – натяжное устройство; 
  12 – защитный кожух;

 

Описание

Помольная камера. Помольная камера (или рабочий орган) представляет собой сварную металлоконструкцию выполненную в виде тора. Помольная камера на 80% заполняется мелющими телами. В зависимости от измельчаемого материала мелющие тела могут быть различной формы (шары, цилиндры, конусы и т.д.). Кроме того, мелющие тела могут изготавливаться из разных материалов. Они бывают как металлические (например, подшипниковые шары), так и выполненные из металлокерамики (цильпебсы). 

Количество загружаемого материала не превышает ¹/₃ от объёма помольной камеры. Таким образом для мельницы МВ-0,2 с объёмом камеры 200 литров объём загружаемого материала составляет 60-70 литров. 
  В нижней части тора имеется отверстие для выпуска мелющих тел, которое закрыто клапаном разгрузки. 

На время выпуска мелющих тел вместо разгрузки устанавливается патрубок (из комплекта ЗИП) для направления потока шаров. 
Разгрузка служит для выпуска измельченного материала. Материал разгружается через щелевые отверстия в решетке, которые закрываются клапаном, шарнирно закрепленном на штоке. 

Клапан разгрузки открывается вручную вращением болта с рукояткой. При необходимости на месте эксплуатации разгрузка может быть переоборудована в автоматическую. Для этого вместо болта с рукояткой на фланец устанавливается камера пневматическая от автомобиля ЗИЛ-130 с рабочим давлением 4-6 кгс/см². 

Вибровозбудитель. 

Вибровозбудитель является основным узлом вибрационной мельницы и предназначен для сообщения колебаний рабочей камере. Вибровозбудитель (вибратор) инерционного типа располагается в центральной части вибромельницы. Ось вибропривода лежит в вертикальной плоскости и совпадает с центральной осью торовой камеры. К достоинствам инерционного вибратора относится возможность получения больших возмущающих сил и различных законов изменения возмущающей силы, сравнительно небольшие размеры и масса привода, простота конструкции и высокая надёжность. Возмущающая сила создается вследствие вращения неуравновешенных масс (дебалансов) расположенных на обоих концах вала вибровозбудителя. 

Дебалансы вибратора представляют собой статически неуравновешенный ротор. Основной характеристикой дебаланса является статический момент массы дебаланса. 

На мельнице МВ-0,2 установлено два вибратора, нижний и верхний. На остальных вибромельницах типа МВ (МВ-0,005, МВ-0,01, МВ-0,05, МВ-0,3), производимых нашем предприятием, установлен один вибровозбудитель. Он расположен в нижней части торообразной помольной камеры. 

Между собой валы обоих вибраторов соединены упругой муфтой. Вибровозбудители приводятся во вращение электродвигателем. От вала электродвигателя вращение по средством клиноременной передачи передаётся на подшипниковый блок, закреплённый на опорной раме, и далее через лепестковую муфту типа МУЛ поступает на вибропривод. 
Регулировка параметров вибрации (амплитуды, формы колебаний) осуществляется путем изменения статического момента массы дебалансов и углом их разворота относительно друг друга. 

Опорная рама. Опорная рама (основание) вибромельницы является базовой деталью для монтажа на ней функциональных узлов: рабочей камеры с вибратором и пружинами, привода вибратора с промежуточными опорами (подшипниковыми блоками) и некоторых других вспомогательных устройств. Рама обеспечивает правильное взаимное расположение узлов вибрационной мельницы. К ней предъявляются требования неизменности формы, прочности, технологичности конструкции, жесткости, виброустойчивости, малой металлоемкости и низкой стоимости. Опорная рама вибромельниц работает в сложных по характеру нагружения условиях. Она воспринимает статические и динамические нагрузки от массы неуравновешенных колеблющихся частей мельницы. Вследствие переменного воздействия возмущающей силы вибратора на опорную раму воздействуют одновременно как горизонтальные, так и вертикальные составляющие действующих сил.

Работа мельницы

Мельницы типа МВ относятся к аппаратам периодического действия. Цикл измельчения включает в себя следующие операции: 

1. Включение вибромельницы. Загрузка исходного материала в помольную камеру. 
2. Измельчение материала до требуемой тонины в течение заданного времени. 
3. Остановка вибромельницы. Открытие разгрузочного клапана. 
4. Включение вибромельницы. Выгрузка материала из помольной камеры. 
5. Остановка вибромельницы. Закрытие разгрузочного клапана. 
   В процессе работы под действием возмущающей силы рабочая камера совершает сложные пространственные колебания. Колебания рабочей камеры передаются загруженным в него мелющим телам и измельчаемому материалу. Мелющие тела перемещаются относительно друг друга и непрерывно соударяются, в результате чего загруженный материал дробится и истирается.

 

1.2 Сущность процесса измельчения. Кинетика процесса

Определение затрачиваемой на измельчение энергии составляет одну из главных проблем в теории измельчения. Первая попытка решить эту проблему была сделана Ритингером. Он предложил, что работа,

затрачиваемая на измельчения, пропорциональна размеру вновь образова-

следующему. Тело кубической формы с ребром D разрушается любым способом до кубиков с ребрами d. Число полученных кубиков пропорционально кубу степени измельчения, т.е.

 

                               Z = D³/d³ = i³                                 (1.2)

 

Поверхность куба с ребром D:

 

                          Fн = 6D²                                  (1.3)

 

Общая поверхность полученных после измельчения материалов кубиков с ребром d:

 

                        Fk = 6d² * (D³/d³).                     (1.4)

 

Вновь образованная поверхность:

 

                F = Fk – Fн = 6D² * (i-1).                  (1.5)   

      

Далее принимается, что образование единицы новой поверхности при измельчении материала затрачивается постоянная работа Ау, которая определяется опытным путём и может быть названа удельной работой. Тогда вся работа, затрачиваемая на измельчение, равна:

 

              А = Ау*F = Ау * D² * (i-1).                (1.6)

 

В.Н. Кирпичёв и Кикк предложили несколько отличное решение рассматриваемой проблемы измельчения. Они предположили, что энергия, требуемая для производства аналогичных изменений в очертании геометрически подобных тел одинакового технологического состава.

Изменяется объём или масса  m этих тел.

Согласно теории упругости, работа упругих деформаций одинакового

технологического состава объёмами V₁ и V₂ равна:

 

А₁ = σ^{2 *} V₁/2Е = σ^{2 *} σ₁/2Еρ;                               (1.7)

 

А₂ = σ^{2 *} V₂/2Е = σ^{2 *} σ₂/2Еρ,                               (1.8)

 

а их отношение равно: А₁/ А₂ = V₁/ V₂ = G₁/ G_2.

Таким образом, расход энергии на изменение материала прямо пропорционален его объёму или массе.

 

1.3 Основные факторы, влияющие на процесс вибрационного измельчения

Правильный выбор режима работы вибрационной мельницы определяется выбранными частотой и амплитудой колебаний, формой, размерами и материалом мелющих тел, степенью заполнения камеры мелющими телами и измельчаемым материалом, а также соотношением между количеством мелющих тел и измельчаемым материалом. Режим работы определяется также родом помола (сухой или влажный), способом действия (периодический или непрерывный, с классификацией или без неё).

Главными технологическими факторами, которые должны учитываться при выборе режима вибрационного измельчения, являются вид измельчаемого материала, его гранулометрический состав, физико-химические составы, требуемая величина помола и производительность. Частота и амплитуда колебаний оказывает на процесс измельчения первостепенное влияние. Они определяют величину ускорения, интенсивность работы шаров, величину потребляемой мощности и усилий, действующих в механизме вибрационной мельницы. Частота колебаний или

число круговых качаний корпуса мельницы в минуту равна числу оборотов привода, вал которого соединён упругой муфтой непосредственно с валом вибратора.

Амплитуда колебаний – средний радиус траектории или половина размаха колебаний – зависит от величины момента вибратора, веса корпуса с вибратором, веса мелющих тел и измельчаемого материала, частоты колебаний и консистенции обрабатываемого материала. При больших частотах и меньших амплитудах интенсивность процесса измельчения значительно выше, чем при меньших частотах и больших амплитудах в пределах одного и того же значения ускорения. Это можно объяснить тем, что увеличение амплитуды позволяет лишь увеличить ударный импульс, сообщаемый отдельному мелющему телу, причём для разрушения частиц достаточно определённого значения этого импульса. В то же время, повышение числа оборотов обеспечивает увеличение не только импульса, сообщаемого отдельному мелющему телу, но и частоты воздействия мелющих тел на измельчаемый материал.

К числу основных факторов, определяющих эффективность работы вибромельницы, относят форму, размеры и материал мелющих тел. Работами ВНИИ – ТИСМ  установлено, что наиболее подходящими по форме являются шары или цилиндры. Могут применяться также и мелющие тела, имеющие форму гальки.

Для осуществления специального режима (осторожное измельчение) могут быть использованы длинные стержни. Кольца и цилиндры с отверстиями не следует использовать в качестве мелющих тел, так как отверстия забиваются недомолотам материалом, который время от времени попадает в готовый продукт, ухудшая качество помола.

Материал мелющих тел должен выбираться в зависимости от твёрдости измельчаемого вещества и технологических требований, предъявляемых к частоте продукта помола. Практически приходится принимать во внимание также стоимость мелющих тел и возможность их приобретения. Чем больше удельный вес материала мелющих тел, тем больше масса и ударный импульс каждого из шаров. Ещё один показатель работы вибрационной мельницы – это степень заполнения корпуса мелющими телами. Под степенью заполнения понимается отношение объёма мелющих тел и измельчаемого материала  к общему объёму корпуса.

При вычислении объема шаровой загрузки учитываются также межшаровое пространство. В случае сухого помола степень заполнения применительно к цилиндрическому корпусу мельницы составляет 0,8-0,9.

 

1.4 Уравнение кинетики измельчения

Зависимость между дисперсностью измельчаемых тел и затратами энергии на процесс измельчения принято называть знаком измельчения. В настоящее время найдено экспериментально несколько таких знаков, каждый из которых справедлив только в области достаточно грубой дисперсности. Чарльзом было доказано, что многие из этих знаков могут быть формально выражены эмпирически установленными соотношениями:

 

                dE = с″ * dx/x^m = c′ * dS/S₀^2-m;        (1.9)

 

 где Е – энергия, сообщаемая единице объёма, разрушаемого тела;

 х – средний размер зёрен;

S – удельная поверхность;

S₀ – удельная поверхность тела до измельчения;

с″, c′, m – эмпирические подбираемые постоянные.

Проинтегрировав это выражение, найдём константы c′:

 

                       c′ = 9Ве/а,                                         (1.10)

 

а  закон измельчения будет иметь вид:

 

                      dЕ = 9Ве/а * dS/S при m = 1,            (1.11)

 

где а – фактор формы поверхности;

 

                                   F = ax²,                                 (1.12)

В – фактор формы объёма;

                                   V = Вх₀³.                               (1.13)

 

Последнее выражение представляет собой известный закон Кирпичёва-Кикка, полученный при дополнительном допущении о независимости спектра осколков дробления от размеров частиц.

Интегрирование при m=2 даёт закон Ритттингера, а при m=1,5 – закон Бонда.

Известны и другие эмпирически установленные соотношения при m=3 и m=4.

Закон Кирпичёва-Киккка получен из теории упругости, согласно которой для разрушения идеально хрупкого тела объёма V требуется затрачивать энергию, равную

 

Ц₀ = [p₀/2Е]*V = eV,                                                                 (1.14)     

 

где p₀ – предел прочности;

Е – модуль Юнга.

По теории упругости при р<p₀ разрушение тела не происходит. Но после

разрушения всё-таки происходит, так как известно, что даже слабые периодические механические воздействия вызывают образование усталостных трещин. В результате этого тела разрушаются после определённого числа циклов р<p₀. Затраты энергии на усталостный процесс измельчения тел больше, чем величина разности p₀-р, и определяются числом циклов, предшествующих разрушению.

В перспективе совершенствование конструкций вибромельниц должно идти по пути увеличения КПД рабочего процесса за счёт улучшения формы и размеров помольной камеры и мелющих тел, применение специальных форм колебаний и т.д.

2 Описание технологического процесса

 

При производстве шоколада и какао-порошка основным сырьём служит товарные какао-бобы. Мешки с какао-бобами поступают на склад в железнодорожных вагонах или автотранспортом. На складах какао-бобы выгружают  в силосы высотой 30м и сечением 3,7*3,7м. Управление работой всех механизмов склада бестарного хранения осуществляется дистанционного с диспетчерского пульта.

Какао-бобы из силосов загружают  в приёмную воронку ковшовой нории. Шнеком сырьё подаётся на взвешивание ковшового типа, затем ленточным конвейером через норию – в очистительно-сортировочную машину, где сырьё очищается от механических примесей после очистки через конвейер и норию какао-бобы подаются в шахтную сушилку на термическую обработку.

Термическая обработка происходит в течение 45-60 минут при температуре 140-180°С. При этом, влажность какао-бобов снижается с 7% до 2%. Под действием высокой температуры бобы дезинфицируются, в них погибают зародыши, улучшается их вкус, появляется характерный аромат бобов. В какао-бобах удаляются летучие органические кислоты, и снижается  содержание дубильных веществ, в результате чего уменьшается кислый вкус, свойственный сырым какао-бобам. Разгрузка, обжарка и охлаждение осуществляется шлюзовым затвором, который приводится в действие электродвигателем с числом оборотов в минуту, равным 12-60. Сушилка, кроме зоны обжарки, имеет зону охлаждения, в которой температура бобов снижается до 35-40°С.

Из промежуточного бункера обжаренные какао-бобы поступают в дробильно-сортировочную машину. В этой машине бобы раздавливаются и разделяются на какао-крупку и оболочку, которая называется какао-веллой.

Выход какао-крупки после дробления должен составлять не менее 87% обжаренных бобов. Содержание крупки в какао-велле не должен превышать 0,5%. Для отделения ферропримесей крупка проходит через магнитный сепаратор. С дробильно-сортировочной машины какао-крупка пневмотранспортом подаётся в бункер, расположенный над размольным агрегатом. При измельчении крупки происходит разрыв клеток, из которых вытекает какао-масло. Получается суспензия поступает в приёмный сборник и шестерённым насосом перекачивается в сборники на две линии: линию для получения какао-масла и линию для получении шоколада. Какао-масло получают на гидропрессовой установке путём прессования какао. Прессование происходит при температуре 90-95°С. Гидравлический пресс установки содержит 6-12 рабочих камер, расположенных последовательно. Каждая камера с торцов имеет фильтрующие элементы, что позволяет ускорить процесс отжатия какао-масла. Из пресса диски какао-жмыха необходимо предварительно грубо измельчить на жмыходробилке. Полученные гранулы поступают в размольный агрегат на тонкое доизмельчение. Размольный агрегат (вибрационная мельница) состоит и молотковой, дисковой и шариковой мельниц. Их можно заменить на

дезинтегратор, но у него камера имеет небольшие размеры. Для сокращения

времени технологического процесса целесообразнее применять вибромельницу. Непрерывная работа мельницы обеспечивается благодаря пневматической загрузке и выгрузке обрабатываемого продукта. Из мельницы потоком воздуха измельчённый продукт выносится  в сепаратор, в котором разделяется  на крупную и мелкую фракции. Крупная фракция по трубопроводу возвращается в мельницу на доизмельчение, а мелкая фракция попадает в циклон. Из пылевого потока в циклоне мелкая фракция, как товарная продукция, выводится, через нижний штуцер. Очищенный воздух выходит из циклона через фильтр. Из фильтра уловленные частицы какао-порошка смешиваются с готовым измельчённым продуктом. Полученный какао-порошок охлаждается в теплообменнике и подаётся на расфосовочно-упаковочный автомат. Порошок фасуется в картонные коробки, которые затем оклеиваются целлофаном в оклеивающей машине.

 Какао-масло из пресса собирается в сборник. Какао тёртое, которое идёт на линию приготовления шоколада, вначале поступает на рецепторно-смесительную станцию. Станция снабжена дозаторами и смесителем. Через дозаторы в смеситель, кроме какао тёртого, подаётся какао-масло, сухое молоко или сливки, сахарная  пудра и другие пищевые добавки. Полученная смесь конвейером транспортируется к пятиволковым мельницам. После вальцевания полученная смесь подаётся конвейером в шоколадо-отделочные машины, в которых в смесь добавляют какао-масло. Продолжительность перемешивания массы составляет 15-20 минут при температуре 40-45°С. Затем шоколадную массу обрабатывают в течение 3-5 часов в случае получения десертных сортов шоколада при температуре 60-70°С. Полученную шоколадную массу  перд формованием необходимо темперировать. Темперирование производится на  автоматической непрерывно действующей машине. Температура готовой шоколадной массы после Темперирование составляет 30-35°С. Шоколадную массу отливают на автоматическом формующем автомате в металлические формы. Формы нагреваются до температуры шоколада, освобожденного от форм, составляет 12-15°С. Готовый шоколад подают на завертку в заверточную машину. Завернутые изделия укладываются в гофрокороба, клапаны которых заклеиваются на обандероливающей машине.

Машино-аппаратурная схема производства шоколада для всех предприятий принципиально одинакова. Условно оборудование для производства какао-порошка и шоколада можно объединить в следующие группы:

оборудование для подготовки и первичной обработки какао-бобов;

оборудование для приготовления шоколадной массы;

оборудование для  формирования шоколадных изделий;

оборудование для прессования какао тертого и производства какао-порошка;

оборудование для завертки и фасовки.

 

 

Рисунок -2.1. Процесс производства какао-порошка и шоколада

  

Нет ни одного предприятия, где бы использовалось совершенно одинаковое оборудование, хотя сам процесс производства какао-порошка и шоколада не меняется и схематично его можно представить так, как показано на рисунке 2.1.

 

3 Назначение, устройство и принцип действия аппарата

Современный уровень развития техники характеризуется использованием на предприятиях, в том числе и пищевых, современных, усовершенствованных установок, которые обеспечивают стабильный выход готовой продукции, высокую производительность, высокий экономический эффект, небольшое потребление энергии, требуют небольших производственных  площадей и обладают простотой как в изготовлении, так и в использовании. На кондитерской фабрике «Заря» г.Казани для измельчения какао-жмыха в какао-порошок используется  пульверизационная установка TCL 47-18, которая состоит из предварительной дробилки с валками и специальной микромельницы с молотками.

Техническая характеристика  TCL 47-18:

потребляемая мощность – 15 кВт;

производительность – 250 кг/ч;

число оборотов ротора микромельницы – 2900 мин ^-1;

число оборотов ротора предварительной дробилки – 7 мин ^-1;

размер сита 0,8 - 2,0мм;

длина – 9500мм;

ширина – 2700мм;

высота – 2900мм.

В данном дипломном проекте рассматривается возможность замены установки TCL 47-18 на вибрационную мельницу.

Исследования показывают, что при измельчении до 60-70 мкм удельная производительность вибромельниц в 3-5 раз выше, чем молотковых. С увеличением степени помола это превосходство становится всё более ощутимым. В вибромельнице помол происходит, в основном, в результате тех же рабочих процессов, что и в молотковой мельнице (удар, давление, трение). Частицы измельчённого материала при попадании  в зону контакта разрушаются. Число контактов в вибромельнице на порядок выше, чем в молотковой и, следовательно, разрушаемых в единицу времени частиц будет

больше. В то же время, в вибромельницы энергия единичного удара мелющего тела меньше, чем в молотковой. Таким образом, вибромельница обеспечивает более тонкий помол и более высокою производительность.

Техническая характеристика вибромельницы М-200-1,5

Объём барабана – 200 л.

Частота вибрации – 1440 об/мин.

Амплитуда колебаний – 3 мм.

Дебалансовый момент – 14/17 Нм.

Масса шаров – 700 кг.

Мощность электродвигателя – 14 кВт.

Масса измельчителя без шаров – 700 кг.

Качающая масса без мелющих тел -340 кг.

Длина – 1980мм.

Ширина -975 мм.

Высота 1360 мм.

Производительность – 702 кг/ч.

Принцип действия вибромельницы состоит в следующем. При вращении дебалансового вала корпус мельницы вибрирует, передавая колебания шарам, находящимся в корпусе. При соударении вибрирующих шаров, а также их взаимном перемещении, происходит интенсивное измельчение поступающего в корпус материала.

Вибромельница может работать как в периодическом, так и в непрерывном режиме.

Материал может быть с исходной крупностью частиц 0,5/0,1см. и 10/50мкм. Высокая степень измельчения и дисперсность конечного продукта измельчения как за счет самого способа измельчения (удар с истиранием), так и за счет состояния  материала в измельчении. На производительность вибромельницы большое влияние оказывает сопротивляемость материала размолу.

С увеличением размолосопротивляемости производительность вибромельницы уменьшается. Например, средняя пропускная способность вибромельницы составляет   702 ^кг/_ч какао. Содержание масла в какао-порошке – 16/19 %. При меньшем содержании масла в какао (10/14%) пропускная способность мельницы может быть увеличена до 1000^кг/_ч. При 20/22% содержание масла в какао снижается до 580 ^кг/_ч.

В промышленности строительных материалов применяются вибрационные мельницы двух типов: инерционные и гирационные. Сведения о них приведены в таблице ниже.

Вибрационная мельница инерционного типа состоит из корпуса 2, в котором на подшипниках 3 установлен дебалансный вал 1, приводимый во вращение двигателем 4. Корпус мельницы опирается на пружины 5.

 

Рис. 3.1 Схемы вибрационной мельницы инерционного типа

При вращении дебалансного вала корпус мельницы с загруженными в него мелющими телами и измельчаемым материалом приводится в колебательные движения по эллиптическим траекториям. При этом шары оказывают интенсивное воздействие на материал и измельчают его. Измельчение производится под действием незначительных по величине импульсов высокой частоты. В процессе работы мельницы загрузка совершает медленную циркуляцию в сторону, противоположную направлению вращения дебалансного вала.

Гирационная мельница приводится в круговое колебательное движение эксцентриковым валом 2, на котором установлен корпус 1. Для уравновешивания системы и разгрузки коренных подшипников 4 на эксцентриковом валу устанавливаются противовесы 3. Вращению корпуса препятствуют пружины 5. Наиболее нагруженными узлами вибрационных мельниц являются подшипники. Поэтому в некоторых конструкциях виброэлементов предусматриваются устройства для циркуляции в них воды, охлаждающей подшипники.

Рис. 3.2 Гирационная мельница

Вибрационные мельницы могут работать в режимах сухого и мокрого помола. При непрерывном измельчении вибрационная мельница работает в замкнутом цикле.

Схема установки с вибрационной мельницей непрерывного действия показана ниже. Материал из бункера 1 ячейковым питателем 2 подается в вибрационную мельницу 3. В корпус мельницы вентилятором 9 нагнетается по трубе 10 воздух, который выносит мелкие частицы по трубе 6 в сепаратор 5, где крупные частицы отделяются от мелких.

 

Рис. 3.3 Схема помольной установки  с вибрационной мельницей непрерывного действия

По трубе 4 крупные частицы возвращаются на доизмельчение в мельницу. Зона подачи материала в мельницу отделена от зоны продувки перегородкой 7. Мелкие частицы из сепаратора осаждаются в циклоне 8. Производительность вибрационных мельниц зависит от тонкости помола. При помоле клинкера до крупности 15-20 мкм производительность мельницы М200 составляет около 600 кг/ч, при помоле красителей до крупности 1 мкм всего 2-5 кг/ч.

 

4  Патентная часть

Для проведения патентных исследований определяется предмет поиска по теме дипломного проекта, подлежащий исследованию.

Предмет поиска – «вибрационная мельница»

Поиск проводился по отечественному патентному фонду в библиотеке КТТУ и в национальной библиотеке РТ.

Глубина поиска – 10 лет, начиная с 1979г. и заканчивая  1989г. Источником информации по отечественным изобретениям были официальный бюллетень изобретений РФ и СССР. Классификационные индексы предмета поиска определялись по Международной патентной классификации ПМК, а именно, В02 С 17/14,17/20, 9/16.

Целью патентный исследований является установление уровня развития техники и анализ применимости прогрессивных решений в дипломном проекте.

Для составления полного списка  изобретений, имеющих отношение к теме поиска, используются текущие и годовые систематические указатели к официальному бюллетеню.

Номера охранных документов, имеющих отношение к теме поиска, представлены в Таблице 1 (Приложение А).

После предварительного ознакомления с сущностью изобретений бал проведён отбор изобретений для анализа. Ниже дана краткая техническая характеристика отобранных изобретений.

1. (11) 688222

(22) 30.09.89

(71) Львовский лесотехнический институт

(54) Вибрационная мельница, содержащая  контейнер с корпусом, торцевыми стенками и упруго связанными с контейнером вибровозбудитель с центральным валом, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД, на центральном валу посредством опор вращения смонтирован барабан, установленный с кольцевыми зазорами относительно торцевых стенок, причём эти зазоры уплотнены при помощи эластичных колец.

2. (11) 379287

(22) 20.06.89

(71) ВНИИ новых строительных материалов

(54) Вибрационная мельница для переработки материалов, включающая помольную камеру на упругом основании, вибратор, загрузочный и выгрузочный патрубки, отличающаяся тем, что, с целью повышения интенсивности процесса помола и обеспечения высокого уровня загрузки камеры. Мельница выполнена с загрузочным и выгрузочным патрубками, установленными выше уровня помольной камеры, причём загрузочный патрубок  имеет длину, при которой обеспечивается статический напор материала.

 

3. (11) 975078

(22) 23.11.87

71) Всесоюзный научно-исследовательск4ий и проектно-

конструкторский институт кровельных и гидроизоляционных материалов и изделий.

(54) Вибрационная мельница, содержащая горизонтально установленную на упругих опорах помольную камеру с загрузочным патрубком, виброприводом, центральной перфорированной трубой и узла пневмоотбора и пневмомагистраль выгрузки продукта, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности работы, узел пневмоотбора выполнен в виде снабженной сетчатым чехлом перфорированной гильзы, установленной внутри центральной трубы и соединенной с пневмомагистралью.  

4. (11) 1150813

         (22) 30.08.94

         (71) Опытный завод со специальным бюро.

(54) Вибрационная мельница, содержащая горизонтально установленную на упругих опорах преимущественно цилиндрическую помольную камеру с центральной трубой в ней и смонтированным в трубе вибровозбудитель, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности за счет образования в камере полости предварительно измельчения, камера снабжена продольной перфорированной перегородкой, установленной над трубой в виде днища полости   предварительного измельчения. 

Патентные исследования по фонду изобретений показали, что тема проекта разработана достаточно хорошо. Однако патентные исследования охватывают, главным образом, 1987г. для анализа отобраны четыре изобретения, имеющие непосредственно отношение к теме проекта. В выбранных для анализа изобретениях решается  задача повышения эффективности работы вибромельницы, экономичности, производительности и надежности в работе, интенсивности помола, повышения коэффициента полезного действия путем изменения и дополнения некоторых конструктивных элементов вибромельниц.

 

    5 Технологический расчет

 

Определение мощности на измельчение является основной частью технологического расчета вибромельниц. Этот параметр является исходным для проектирования привода, подбора электродвигателя и всех конструкторских расчетов на прочность деталей и узлов.

Расходуемая на измельчения мощность

 

N_из = 0,785 А^0,35 *(n/1000)^1,67* (m_к/600)+ 0,387А^2,2 * (n/1000)^1,8 – (m_м/500) = 0,785 * 3^0,35 * (1440/1000)^1,67 * (340/600) + 0,387 *3^2,2  * (1440/1000)^1,8 * (740/500) = 13,56 кВт,

 

где m_к – масса помольной камеры, кг;

       m_м  – масса шаровой загрузки, кг;

       А – амплитуда колебаний, мм;

        n – число оборотов вала в минуту, об/мин.

Мощность двигателя

 

N_дв. = N_из/η,                                                                        (5.1)

 

где η = 0,95 – общий коэффициент мощности электродвигателя,

 

причем η = η_p* η_к * η_ц * η_n  = 0,96*0,97*0,98*0,99³ = 0,95;

 

Nдв = 13,56/0,95 = 14,01 кВт.

 

Выбираем трёхфазный асинхронный двигатель 4А160S2У3 ГОСТ 19523-81 с числом оборотов n=1440 об/мин и мощностью Nдв = 14 кВт

Линейная степень значения φ=d_н/d_к,

где d_н – размер частиц начального диаметра; d_к– размер частиц после измельчения, причём d_н = 0,1-0,04мм; d_к = 0,001/0,0005 мм.

Таким образом, φ =  80/100, т.е. имеет место тонкое измельчение.

Вибрация мельницы возникает при наличии на валу дебалансового груза m весом g. При вращении этого груза на вал действует центробежная сила Р.

Вибрационная мельница имеет пружинные амортизаторы, которые при прохождении дебалансом верхней полуокружности растягиваются, а при прохождении нижней полуокружности – сжимаются, отклоняясь вправо и влево. Если мельница имеет 20 пружин, то на одну пружину приходится вес 2кг.

 

G₀ = G_m/z = 1160/20 =58Н,                                                        (5.2)

 

где z – число пружин;

G_m – вес мельницы, Н.

Действующий на пружину груз деформирует её на величину а = G₀/к,

где к – масштаб пружин, Н, причём

 

к = G₀*n²/900 = 58*1440²/900 = 133632 Н;                              (5.3)

 

а = 58/133632 = 0,4*10^-3м = 0,4мм.

 

Период упругого колебания массы мельницы, упирающейся на пружины, согласно теории упругих колебаний, составит:

 

Rc = 2π√m/к = 2π√a/g = 2*3,14√0,0004/9,8 = 0,041c.

 

Период колебаний мельницы от возмущающей центробежной силы вибратора равен времени одного оборота вала вибратора, т.е.

 

R = 60/n = 60/1440 = 0.042c.

 

Затраты энергии меньше, если собственные колебания массы мельницы совпадают с колебаниями, вызываемые вибратором.

Величина возмущающей центробежной силы вибратора, приходящейся на одну пружину, составляет:

 

Р₀ =  р/z = gM/z = 9,81*1160/20 = 568.4 Н.                       (5.4)

 

Производительность является важнейшим показателем эффективности работы аппарата и его экономичности.

Зная производительность, можно определить геометрические размеры аппарата и, наоборот

Производительность вибрационной мельницы равна:

 

П = Vρλ/τ  = 200*78*0,45/10 = 702 кг/ч,                          (5.5)

 

Где V – объём барабана, дм³;

Ρ – плотность измельчаемого материала (какао-жмыха), кг/дм³;

τ  - время работы, ч

 

λ = 0,45/0,65;

 

6 Механический расчет

 

6.1 Расчёт вибромельницы на прочность и жёсткость

 

Рабочий объем барабана V=200л. Барабан имеет цилиндрическую форму.

Объем цилиндра V= π R²H, где R- радиус, H- высота барабана.

 

Пусть H=3R, тогда V= 3π R³ , откуда R=³√v/3π = ³√200/3*3,14 = 280мм; D = 2R = 280*2 = 560мм; H = 3*280 = 840мм.

 

Предварительное значение диаметра вала находится по пониженному допускаемому напряжению [τ] без учета влияния изгиба, а именно:

 

d = ³√16Т/0,2[τ] = ³√16*92,84/0,2*1,5 = 3,15мм,

 

        где – Т = 9,55 * H/n = 9,55 * 14000/1440 = 92,84 Н*м – крутящий на валу;

[τ] = 15/20 МПа – допускаемое напряжение;

N- мощность электродвигателя, Вт;

N – число оборотов электродвигателя в минуту, об/мин.

Полученное значение округляем до ближайшего ряда диаметров, т.е. d = 10мм.

На основании полученных данных принимается расчетная схема вала вибромельницы (рис.3).

Пусть длина консольного участка вала ℓ = 160мм.

Необходимая масса дебаланса равна:

 

Р_а  = m*r*ω² = m₁А* ω²,        (6.1)

 

где m – масса дебаланса, кг;

       r – радиус барабана, мм;

       А – амплитуда колебаний, мм;

       m₁– масса барабана с шарами и измельченным материалом, кг.

Имеем:  m₁ = m_б + m_ш +m_м,

где  m_б –  масса качающего узла, кг;

        m_м – масса измельченного материала, кг; 

 

  mrω²  = m₁Аω² , откуда m = m₁* А/r = 1160* 3/280 = 12,42кг.

 

Вес дебаланса gд = mд = 12,42 * 9,81 = 121,9 Н.

 

Пусть общая длина вала L =1000 мм, тогда объем вала V =πR² * L = 3,14 *5² * 1000 = 78500мм  = 78,5см³ .

 

Масса вала m = pV = 7,86 * 78,5 = 620г,

 

        где p –  плотность материала вала (ст.26), г/см³

        Вес вала gв = mд = 0,62 * 9,81 = 6,08 Н.

На основании полученных данных производится расчет вала на прочность и жесткость. Для этого определяются опорные реакции, действующие yz из уравнения моментов относительно точки А (правая опора):

 

      m₁ = 340+740+80 = 1160кг

 

∑ М_А = – g_в* 0,5 – g_д  * 0,42 = R_ву * 0,84 + Т = 0,     (6.2)

 

        где R_Ву – реакция опоры в точке В,Н,

        g_в – вес вала, Н;  g_д – вес дебаланса, Н;

Т – крутящий момент на валу, Н.м. ;

 

         R_Ву = (g_в*0,5 + g_д * 0,42 – Т)/ 0,84 = (6,08 * 0,5 + 121,9 * 0,42- 92,84)/0,84 = - 45,95 Н.                                                     (6.3)

 

Знак (-) указывает на то, что направление реакции  R_ву следует изменить на противоположное.

Для определения реакции R_ау составляем уравнение моментов относительно точки В (левая опора):

 

М_в = - R_Ау * 0,84 + g_у * 0,42 + g_в * 0,34 + Т = 0,        (6.4)

 

Откуда R_Ау = (G_g* 0,42 + G_в* 0,42 + Т)/0,84 = (121,9*0,42+6,08*0,34+92,84)/0,84 = 173,9 Н.               (6.5)

 

Проверим правильность определения опорных реакций.

Уравнение проекций всех сил Оу:

                          

∑ у = R_Ау – G_в – G_д  + R_ву = 0;                                     (6.6)

                       

173,9 – 6,08 – 121,9 – 45,95 = 0

 

Чтобы определить поперечную силу и изгибающий момент, действующий в плоскости уz, разобьем вал на участки (рис.3):

участок I, для которого 0 ≤ z₁ ≤ 0,42 (левая часть), Q_у = R_Ау = 173,9 Н;

М_у = R_Ау*z₁ = 0; М_у = 0 при z₁ = 0;

 

М_у = 173,9*0,42 = 73,04 Н*м при z₁ = 0,42м;

 

участок II: 0,42 ≤ z₂ ≤ 0,5;

Q_у = R_Ау – G_g = 173,9*0,5 – 121,9*(0,-0,42) = 77,2 Н*м при z₂ ≤ 0,5м;

 

участок III: 0,5 ≤ z₃ ≤ 0,16;

 

Q_у = R_Ву = 45,95 Н; М_у = - R_Ву*(z₃ – 0,16) + Т = 0;

 

М_у = - 45,59*(0,5 - 0,16) + 92,84 = 77,2 Н*м при z₃ = 0,5м;

 

М_у = - 45,59*(0,16 - 0,16) + 92,84 = 92,84 Н*м при z₃ = 0,16м;

 

участок IV: 0 ≤ z₄ ≤ 0,16; Q_у = 0; М_у = 0.

 

По найденным значениям поперечных сил и изгибающих моментов строим эпюры Q_у и М_у (рис.3).

В плоскости xz действует поперечная сила Q_х и изгибающий момент М_х.

Сила действия муфты на вал вибромельницы в плоскости xz:

 

F_м = 125√Т = 125*√92,84 = 1204,4 Н

 

Чтобы определить опорные реакции, действующие в плоскости xz, нужно составить уравнение моментов относительно точек А и В.

 

Имеем: ∑ М_А= R_Вх * 0,84 - F_м *1,0 = 0,                      (6.7)

 

откуда R_Вх = F_м * 1,0/0,84 = 1204,4*1,0/0,84 = 1433,83 Н;

 

∑ М_В = - R_Ах* 0,84 - F_м 0,16 = 0,                                 (6.8)

 

Откуда R_Ах = - F_м * 0,16/0,84 = - 120,44 * 0,16/0,84 = - 229,41 Н.

 

Направление R_Ах меняем на  противоположное. Проверим правильность определения опорных реакций:

 

∑ х = - R_Ах - R_Вх+ F_м = -(-229,41) – 1433,83 +   + 1204,4 = 0; 0 = 0.

 

Определим поперечные силы и изгибающие моменты на участках вала в плоскости xz.

 

Участок I, левая часть: 0 ≤ z₁ ≤ 0,5;

 

Q_zx = - R_Aх = - 229,41 Н; М_x = - R_Aх* z₁ = 0

 

при z₁ = 0; М_x = - 229,41 * 0,5 = 114,7 Н*м при z₁ = 0,5м.

 

Участок II: 0,16 ≤ z₂ ≤ 0,5;

 

Q_x = R_Вх - F_м = 1433,83 – 1204,4 = 229,43 Н; М_x = - F_м* z₂  + R_Вх*( z₂ –0,16)= 0; М_x = - 1204,4 * 0,5 + 1433,83 * (0,5-0,16) = - 114,7 Н*м при  z₂  = 0,5м;

 

М_x = - 1204,4 * 0,16 + 0 = - 192,7 Н*м при z₂  = 0,16м;

 

Участок III: 0,16 ≤ z₃ ≤ 0;

 

Q_x = F_м = 1204,4 Н; М_x = - F_м - z₃  = 0; М_x = 0 при z₃  = 0; М_x = - 1204,4 * 0,16 = - 192,7 Н*м.

 

Наиболее опасным является консольный участок вала:

Суммарный изгибающий момент в опасном сечении:

 

М_u = √(М_у² + М_х²) = √(92,84² +(- 192,7)²) = 213,89 Н*м.  (6.9)

 

Эквивалентный момент по третьей теории прочности:

 

М_Э^"' = √(М_u² + М_х²) = √(213,89² + 92,84)²) = 223,17 Н*м  (6.10)

 

Диаметр вала в опасном сечении:

 

d = √М_Э/(0,1 * [σ_-1]_u) = √223,17*10³/0,1*50 = 36,69мм,     (6.11)

 

где [σ_-1]_u  – предел текучести материала при изгибе.

Окончательно принимаем d=40 мм.

Низкие значения допускаемых напряжений указывают на необходимость обеспечения необходимой жесткости вала.

Нормальные напряжения для опасного сечения:

 

σ_а = σ_u= М_u/W = (213,89*10³ ) / 5384,3 = 39,72 Н/мм ²,

 

где М_к – суммарный изгибающий момент в опасном сечении, Н*м

 

W = πd³ / 32 = 3,14 * 40³  / 32 = 5384,3 мм³ – момент сопротивления сечения вала.

 

Предел выносливости стали 45 при изгибе

 

σ_-1 = 0,43*- σ_n3 = 0,43 *610 = 260 Н/мм².

 

Касательные напряжения  в опасном сечении

 

τ_m = τ_t = τ_max/2 = М₁ / 2М_к = ( 92,84 *10³  ) / (2* 10768,3) = 4,3 Н/мм²,

 

 где W_к – момент сопротивления сечения вала при кручении, мм³, равный

 

W_к  = πd³/16 = (3,14 * 40³ ) / 16 = 10768,3 мм³.

 

Предел выносливости стали 45 при кручении 

 

τ_-1 = 0,58_σ-1 = 0,58 * 260=150,8 Н/мм².

 

Эффективные коэффициенты концентраций напряжений для стали 45 с пределом прочности g _в = 700 Н/мм².    К_σ = 1,75 и  К_τ = 1,5.

Масштабный фактор для вала ε_g = 0,86 и ε_τ = 0,74.

Коэффициент, учитывающий влияние постоянной составляющей цикла для среднеуглеродистых сталей φ_σ = 0,2 и φ_τ = 0,1.

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

 

n_σ =  σ_-1/ ((К_σ/ ε_σ) *σ_а + φ_σ* σ_m) = 260/ ((1,75/0,86)*39,72 + 0,2 *0) = 3,2.

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

 

n _τ = τ_-1  / ((К_τ/ ε_τ) * τ _а + φ _τ * τ_m) = 260/((1,5 / 0,74) * 4,3+0,1*4,3) = 16,4.

 

Общий коэффициент запаса прочности:

 

 n =  (n_σ* n _τ ) / √ (n_σ ² * n _τ ² ) = (3,2 * 16,4) / √(3,2² * 16,4²) = 3,1 > [n],

    

 где [n]  = 1,3 /1,5 –  допускаемый запас прочности .

Требуемый коэффициент запаса для обеспечения жесткости [n] = 2,5/4,0.

 Таким образом, прочность и жесткость вала в опасном сечении обеспечены.

 

6.2 Проверка прочности вала при двукратных перегрузках

 

Максимальные напряжения при двукратном перегрузках:

 

σ '_max = 2 * 39,72 = 79,44 Н/мм²;  τ'_max  = 2,0 * 4,3 = 8,6 Н/мм² .

 

Коэффициент запаса по сопротивлению пластичных деформаций:

 

n _{τ =} σ_τ / √ (σ'²_{max +} τ'²_max )= 360/√(6310,7 + 295,8) = 4,4 > [n _τ],

 

где σ_τ   – предел текучести материала, Н/мм²  ,

причем для стали 45 σ_τ = 360 Н/мм²  ;

[n _τ] = 1,5 / 1,9 – требуемый коэффициент запаса прочности по текучести.

Выводы: проверка прочности вала при двукратных перегрузках показывает, что вал прочен и в этом случае.

 

Масса вала m = pv = 7,86 * 1133,5 = 5553,09 ≈ 5,6 кг,

 

где v = πR²Н = 3,14 * 20² * 1000 = 706500 мм³ = 1133,5см³

 

Вес вала τ_в = m_д = 5,6 * 9,81 = 54,9 Н.

 

С учетом новой массы вала строим эпюру изгибающих моментов в плоскости yz. Для этого определяем опорные реакции (третья расчетная схема на рис.3).

Уравнения моментов относительно точек А и В :

 

пределом прочности g _в = 700 Н/мм².    К_σ = 1,75 и  К_τ = 1,5.

 

М_В = - R_Ау * 0,84 + G_g  * 0,42+ G_в * 0,34 + Т = 0, откуда

 

R_Ау = (G_g * 0,42 + G_в * 0,34 + Т) / 0,84 = 206,8 Н;

 

М_А = G_в  * 0,5 - G_g * 0,42 + R_Ву * 0,84 + Т = 0, откуда

 

R_Ву = (G_в * 0,5 + G_g* 0,42 - Т) / 0,84 = 2,4 Н.

 

Проверим правильность определения опорных реакций.

Уравнение проекций всех сил на ось Оy:

 

∑y = R_Ау - G_в - G_g + R_Ву =0;  206,8- 87,3- 121,9+2,4 = 0

 

Для определения изгибающих моментов в сечениях вала разбиваем его на участки.

 

Участок I : 0 ≤ z₁  ≤ 0,42;

 

М_у = R_Ау * z₁ ; М_у = 0 при z₁ = 0; М_у = 206,8 * 0,42 = 86,85 Н*м. при  z₁= 0,42м.

 

Участок II : 0,42 ≤ z₂ ≤0,5; 

 

М_у = R_Ау * z₂ - G_g  (z₂ – 0,42) = 0;

 

М_у = 206,8 * 0,42 – 121,9*(0,5 – 0,42) = 86,85 Н*м при z₂ = 0,42м;

 

М_у = 206,8 * 0,5 – 121,9*(0,5 - 0,42) = 93,6 Н*м при z₂ = 0,5м.

 

Участок III : (правая часть) : 0,5≤ z₃ ≤0,16;

 

М_у = R_Ву*(z₃ - 0,42) + Т = 0;

 

М_у = 2,4*(0,5 – 0,16) + 92,84 = 93,6 Н*м при z₃ = 0,5м;

 

М_у = 2,4*0 + 92,84 = 92,84 Н*м при z₃ = 0,16

 

Участок IV: 0 ≤ z₄  ≤ 0,16;

 

М_у = Т =92,84 Н*м при z₄  = 0,16м.

 

По найденным для каждого участка значениям изгибающих моментов строим эпюру М_у

Для определения прогиба вала под действием силы веса дебаланса

строим эпюру Мср_у  от единичной силы Рср_у, которую прикладываем в центре тяжести дебаланса.

Опорные реакции:

 

 ∑М_у = - Рср*0,42 + R_Ву*0,84 = 0, откуда R_Ву= 1*0,42/0,84 = 0,5 Н;

 

∑Мср_В = - R_Ау*0,84 + Рср*0,42 = 0, откуда R_Ау = Рср*0,42/0,84 =

1*0,42/0,84 = 0,5 Н.

 

Проверка: ∑у = R_Ау + R_Ау – Р = 0; 0,5 + 0,5 – 1 = 0.

 

Чтобы построить эпюру от единичной силы Рср_у, вал также разбиваем на участки.

 

Участок I: 0 ≤ z₁  ≤ 0,42;

 

Мср_у = R_Ау*z₁ = 0; М_у = 0 при z₁ = 0;

 

Мср_у = 0,5*0,42 = 0,21 Н*м при z₁ = 0,42м;

 

Участок II: 0,42 ≤ z₂  ≤ 0,5;

 

Мср_у = R_Ау*z₂ – Р(z₂  - 0,42) = 0;

 

Мср_у = 0,5*0,42 – 1*(0,42 – 0,42) = 0,21 Н*м при z₂ = 0,42м;

 

Мср_у = 0,5*0,5 – 1(0,5 – 0,42) = 0,17 Н*м при z₂ = 0,5м.

 

Участок III: 0,5 ≤ z₃  ≤ 0,16;

 

Мср_у = R_Ву*(z₃ – 0,16) = 0;

 

Мср_у = 0,5*(0,5 – 0,16) = 0,17 Н*м при z₃ = 0,5м;

 

М_у = 0 при z₃ = 0,16м;

 

Участок IV: 0 ≤ z₄  ≤ 0,16; М_у = 0.

 

Прогиб в точке С определяется путём переложения эпюр М_у  и Мср_у по участкам (способ вращения). Имеем:

 

у_с = 1/ЕJ_у * [1/2*0,42*0,21*2/3*86,85 +  + 1/2*0,21*(86,85 + 1/3*5,99)] = 2,9*10^-4м,

 

где Е = 2*10⁵ МПа – модуль упругости для стали 45;

 

J_у = πd⁴/64 = 3,14*0,04⁴/64 = 1,02*10^-7м⁴ – статистический момент инерции сечении вала.

 

Допускаемый прогиб

 

[у] = [1/1000 / 1/300]*L = [1/1000 / 1/300]*1,0м; [у] = 10^-3/3,3*10^-3м.

 

Условие прочности у_с < [у] или 2,9*10^-4 < 10^-3 обеспечено.

Частота вынужденных колебаний вала:

 

ω_в = πn/30 = 3,14* 1440 / 30 =150,9 ¹/с.

 

Частота собственных колебаний вала:

 

ω_с = √д/у_с = √9,81 / 2,9 * 10^-4  = 183,9 ¹/с,

 

где у_с – статический подгиб вала, м;

n – число оборотов вала в минуту, ^об/мин. Имеем: ω_в  < ω_с  и, следовательно, вал работает в закритической зоне и центр тяжести несбалансированный массы ударяется от геометрической оси вращения.

Критическая частота вращения вала:

 

n_кр = 30 ω_с / π = 30 * 183,9 / 3,14 = 1757 ^об/мин .

 

Таким образом, вал работает в критической зоне как гибкий вал, так как условие n ≥ n_кр* 1,3, т.е. 1440≤1,3 * 1757, что свидетельствует о невыполнения условия.

Примем другую расчетную схему вала, в которой распределим массу дебаланса по всей длине вала (рис.4).

 

Опорные реакции в плоскости yz:

 

∑М_А = -G_g2 * 0.42 - G_в * 0,442 + R_ву * 0,84 + Т - G_g3 * 0,891 + G_g1 *0,029 = 0, откуда R_ву  = [G_g2 * 0,42 + G_в * 0,5 – Т + G_g3 * 0,891] / 0,84 = [54,9 * 0,42 + 54,9 *0,442 – 92,84 + 33,5 * 0,891] /0,84 = - 19,72 Н.

 

Направление силы R_ву меняем на обратное

 

 ∑М_В = - R_Ау * 0,84 + G_g1 * 0,861 + G_g2 * 0,42 + G_в * 0,398- G_g3 * 0,021 + Т = 0,

откуда R_Ау = [G_g1 * 0,869 + G_g2 * 0,42 + G_в * 0,398 + Т - G_g3 * 0,051] / 0,84 = [33,5 * 0,869 + 54,9 *0,42 + 54,9 * 0,398 – 33,5 * 0,051 + 92,84] /0,84 = 196,5 Н.

 

Проверим правильность определения опорных реакций.

 

 ∑y = R_Ау + R_ву - G_g1 - G_g2 - G_в - G_g3 = 0; 196,5 + (-19,73) – 33,5 – 54,9 -54,9 -33,5 = 0; 0=0.

 

Построим эпюры М_y и Q_y  по участкам.

 

Участок I: 0,058 ≤ z₁  ≤ 0; Q_y = G_g1 = -33.5 Н;

 

М_у = - G_g1*(z₁ – 0,029) = 0; М_у= - 0,97 Н*м при z₁  = 0;

 

М_у = 1,94 Н*м при z₁  = 0,058м;

 

Участок II: 0,478 ≤ z₂  ≤ 0,058;

 

Q_y = - G_g1 + R_Ау = - 33,5 + 196,5 =163 Н;

 

М_y = - G_g1*(z₂  - 0,029) + R_Ау*(z₂  - 0,058) = 0; М_y = - 33,5*(0,058 – 0,028) +196,5*(0,058 – 0,058) = - 0,98 Н*м при z₂  = 0,058м;

 

М_y = - 33,5*(0,478 – 0,029) + 196,5*(0,478 – 0,058) = 67,49 Н*м при z₂  = 0,478м;

 

Участок III: 0,478 ≤ z₃  ≤ 0,5;

 

Q_y = - G_g1 + R_Ау - G_g2 = - 33,5 + 196,5 – 54,9 = 108,1 Н;

 

М_y = - G_g1*(z₃  - 0,029) + R_Ау*(z₃  - 0,058) - G_g2*(z₃  - 0,478);

М_y = - 33,5*(0,478 – 0,029) + 196,5*(0,478 – 0,058) – 54,9*(0,478 – 0,058) = 67,49 Н*м при z₃  = 0,478м;

 

М_y = - 33,5*(0,5 – 0,029) + 196,5*(0,5 – 0,058) – 54,9*(0,5 – 0,058) = 72,28 Н*м при z₃  = 0,5м.

 

Участок III: 0,5 ≤ z₄  ≤ 0,102;

 

Q_y = R_Ву - G_g3 = 19,73 + 33,5 = 53,33 Н;

 

М_y = - R_Ву*(z₄  - 0,102) - G_g3*(z₄  - 0,051) + Т;

 

М_y = - 19,73*(0,5 – 0,102) – 33,5*(10,5 – 0,051) + 92,84 = 72,28 Н*м при   z₄ = 0,5м;

 

М_y = - 19,73*(0,102 – 0,102) – 33,5*(0,102 – 0,051) + 92,84 = 91,14 Н*м при z₄ = 0,102м;

 

Участок IV: 0 ≤ z₅  ≤ 0,102; Q_y = G_g3 = 33,5 Н;

 

М_y = - G_g3*(z₅  - 0,051) + Т = 0; М_y = - 33,5*(0,102 – 0,051) + 92,84 = 94,54 Н*м при z₅ = 0.

 

Для определения прогиба вала строим эпюру Мср_у от единичной силы Рср, приложенной в наиболее нагруженном сечении вала.

Опорные реакции:

 

∑М_А = Рср*0,5+ R_Ву*0,84 = 0; R_Ву = Рср*0,5/0,84 = 0,53 Н;

 

∑М_В = - R_Ву*0,84 + Рср*0,38 = 0; R_Ау = Рср*0,398/0,84 = 0,47 Н.

 

Проверка: ∑у = R_Ау + R_Ву – Р = 0,53 + 0,47 – 1 = 0; 0 = 0.

 

Определим Мср_у по участкам.

 

Участок I: 0 ≤ z₁  ≤ 0,058; М_y = 0.

 

Участок II: 0,058 ≤ z₂  ≤ 0,42;

 

Мср_y = R_Ау*(z₃  - 0,058);

 

М_y = 0,47*(0,42 – 0,058) = 0,17 Н*м при z₃ = 0,42м;

 

М_y = 0,47*(0,5 – 0,058) = 2,07 Н*м при z₃  = 0,5м.

 

Участок IV: 0,5 ≤ z₄  ≤ 0,102;

 

Мср_y = R_Ву*(z₄  - 0,102);

 

М_y = 0 при z₄  = 0,102м;

 

Мср_y = 0,53*(0,5 – 0,102) = 2,07 Н*м при z₄  = 0,5м.

 

Участок V: 0,102 ≤ z₅  ≤ 0; М_y = 0.

 

Для составления универсального уравнения прогиба перемножим эпюру Мср_х и найдём прогиб в точке С.

 

Имеем: у_с = 1/ЕJ_у*[1/2*0,42*2,07*(2,3*73,75 – 0,97) + 1/2*0,42*2,07*(72,78 + 1/3*18,36)] = 2,6*10^-3м; [у] = 3,3*10^-3м > у, т.е. условие прочности выполнено.

 

Собственная частота вала

 

ω_с = √g/у_с = = √9,81/2,6*10^-3 = 61,4 1/с;

 

частота вынужденных колебаний

 

 ω_в = πn/30 = 3,14*1440/30 = 150,9 1/с.

 

Так как ω_в = ω_с, вал работает в докритической зоне.

Критическая частота вращения вала

 

n_кр = 30/π* ω_с = 30/3,14*61,4 = 586,6 об/мин.

 

Условие 1440>1,3*586,6 = 762,58 свидетельствует о том, что вал работает, как жёсткий и предел виброустойчивости выполнен.

Для  окончательной проверки вала на прочности и жёсткость определим изгибающий момент в наиболее нагруженном сечении. Имеем:

 

М_u =√(М_х² + М_у²) = =√(94,54² + 192,7²) = 214,84 Н*м.

 

Эквивалентный момент по третьей теории прочности:

 

М_Э^''' =√(М_u² + М₁²) = √(214,64² + 92,54²) = 234,5 Н*м.

 

Диаметр вала в опасном сечении:

 

D = ³√М_Э /0,1*[σ_-1]_u = ³√234,5*10³/0,1*50 = 36,66мм.

 

Принимаем d = 38мм.

Диаметр вала под подшипник d_n = 40мм.

Вывод: прочность и жёсткость вала диаметром 38мм (в опасном сечении) при двукратных перегрузках обеспечена.

 

6.3 Подбор подшипников узлов

 

При диаметре вала под подшипник d_n = 38мм и числе оборотов n= 1440 ^об/_мин., долговечность Lh = 10000 часов, принимаем режим нагрузки I, для которого допускается кратковременная перегрузка. Температура подшипника не выше 100°С.

 

Реакция опор: Fr₁ = √R_Ax ²  + R_Aу ² = √196,5² + 229,41² = 302,1 Н; Fr₂ = √R_Вx ²  + R_Ву ² = √1433,83² + 19,7² = 1433,96 Н.

 

Учитывая необходимую осевую силу и значительную радиальную нагрузку, предварительно устанавливаем роликовые радиальные  двухрядные подшипники средней широкой серии 3608. Теоретическая долговечность более нагружено из них – 10000 часов. Для выбранного подшипника С = 6490 Н, а статистическая грузоподъемность С_о = 6620 Н.

Для подшипника опоры А Fr₁  / С_о = 302,1 / 6620 = 0,045;

 

lge =  lg Fr₁  /С_о – 1,144 / 4,729= lg 0,045 – 1,144 / 4,729,

 

откуда e = 0,52, где е – параметр осевого нагружения.

Осевая составляющая для радиальных нагрузок S₁ = е* Fr₁ = 0,52*302,1 = 157,1Н. Для подшипника опоры В Fr₂/ С_о  = 1433,96/66,2 = 0,21; lge = lg Fr₂  /С_о – 1,144 / 4,729= lg 0,21 – 1,144 / 4,729, откуда e = 0,38.

 

S_'' = e* Fr₂ = 0.38*1433.96 = 544.91Н.

Наиболее нагруженным является второй подшипник.

Приведенная нагрузка

 

 Q_'' = F*r₂*K_g = 1433,96*0,8= 1147,16 (6.13)

 

Теоретическая долговечность

 

Lh_'' [C/Q_'']^m * [10⁶/60*n] = [6490/1147,16]^10/3  [10⁶/60*1440] = 37399,3 ч.

Условие подготовленности подшипника выполнено.

Выбранный тип подшипника оказался правильным, так как этот подшипник может воспринимать радиальные нагрузки и осевую нагрузку, действующие в обоих направлениях, обладает высокой грузоподъемностью и допускает перекос оси внутреннего кольца до 3°. Подшипники смазываются пластичной смазкой, закладываемой в подшипниковые камеры при монтаже. Смазка-солидол УС-2, ГОСТ 1033- 73.

6.4  Проверка шпоночных соединений

 

Материал шпонок- сталь 45, нормализованная.

Напряжения сжатия

 

 G_сж= 2Т / d(h-t₁)*(l-в) = 2*92,84*10³/ 38(8-4)*(32-10)= 55,53^Н/_мм²,

 

где Т – вращающий момент на валу, Н*мм.; в*h= (10*8)мм.; t = 4мм.; l=32мм.

 

Условие G_сж < [G] _сж = 100/200 ^Н/_мм² соблюдено.

 

 

7 Применение ЭВМ в инженерных расчётах

 

7.1 Расчет пружинных опор

Расчет позволяет определить геометрические параметры пружин и жесткость системы. По этим данным можно осуществить защиту от вибрации.

 

Масса системы М= m_б + m_ш + m_и.м. =740+340+80=1160кг,

 

где - m_б – масса качающегося узла, кг.;

         m_ш  – масса шаровой загрузки, кг.;

         m_и.м. – масса измельчаемого материала, кг.

 

Вес системы Q = М_g = 1160*9,8 = 11379,6 Н.

 

Динамическая нагрузка:

 

P₁=11379,6/z =1,5 λ_° *К_z1 =11379,6/20+1,5*0,0003*22258,82=578,996Н,

 

где z – число пружин;

 λ_°  – амплитуда колебаний;

К_z1 – жесткость одной пружины;

 

К_z = (2πN/60φ)² * Q/g ;  К_z1 = К_z/z ;

 

N – число оборотов вала в минуту, ^об/_мин ;

φ – отношение амплитуды вынужденных колебаний к собственным, причем φ_в = 150,9 ¹/_с, а φ_с – 61,4 ¹/_с.

 

К_z = (2/60 * (3,14*1440/150,9/61,4))² * 11379,6/9,8 = 44,58 * 10^{4 Н}/_м;

 

К_z1 = 44,58/10³/20 = 22258,82 ^Н/_м .

 

Пусть отношение диаметра пружины к диаметру прутка С=11.

Диаметр пружины:

 

d =1,6 √2,7* P₁ * С/ [τ] = 1,6 * √2,7* 578,996* 11/4*10⁸ =3,32 * 10^{-3 м,}

 

где [τ] – допускаемое напряжение при сдвиге, Па, причем для пружины из стали 60С2А τ = 4*10⁸ Па.

 

Диаметр пружины D = 11d = 11*3,32*10^-3 = 3,652*10^-3м.

 

 

Количество рабочих витков в пружине:

 

I = G*d/Kz₁*c³ = 8*10¹⁰*3,32*10^-3/22258,22*11³ = 8,965.

 

Если i > 7, то i₁ = 2,5, а если i < 7, то i₁ = 1,5,

 

где i₁ – количество нерабочих витков в пружине.

 

Шаг пружины

 

 h=d+12P₁*D³/d⁴*G=3,365*10^-3+12*578,996/(3,32*10³)⁴*8*10^10-*(3,652*10^-2)³ = 6,807*10^-3м.

Осадка пружины

 

 Δ = 8 P₁i₁D³/ d⁴G = 8*578,996*2,5*(3,65*10^-2)³/(3,32 * 10^-3)⁴*8*10¹⁰ = 3,417*10^-2м.

 

Высота ненагруженной пружины:

 

L = i₁h + (i₁ + 0,5)*d =9*6,8*10^-3 + (2,5 – 0,5)*3,32*10^-3 = 6,43*10^-2м.

 

Высота пружины в смонтированном состоянии:

 

H = L – Δ = 6,43*10^-2 – 3,41*10^-2 = 3,09*10^-2м.

 

7.2 Программа расчёта пружинных опор

 

10. LPRINT «Технологический расчёт пружинных опор вибрационной мельницы»
11. PRINT TAB (20) «Ввод исходных данных»
12. PRINT «Введите значения»:
13. PRINT «Масса системы, кг»
14. INPUT M1
15. PRINT «Частота вынужденных колебаний вала, 1/с»
16. INPUT F
17. PRINT «Частота вынужденных колебаний вала, 1/с»
18. INPUT F0
19. PRINT «Частота вибрации, об/мин»
20. INPUT N
21. К = (2*3.14*N/60/(F/F0))^2 * М1/9В
22. PRINT « Выберите число пружин – В»
23. INPUT В
24. Р = 9.8*М1/В
25. PRINT «Амплитуда колебаний,м»
26. INPUT L3
27. Р1 = М1/(В) +1.5*L3*K3
28. PRINT «Отношение диаметра пружины к диаметру прутка пружины»
29. INPUT C
30. K2 = 1.3
31. PRINT «Допускаемое напряжение при сдвиге, Па»
32. INPUT Т
33. PRINT «Модуль сдвига, н/м»
34. INPUT σ
35. D1 =1.6*SQR(2.7*P1*C/T)
36. К3 = К/В
37. D = С*D1
38. I = σ*D1/К3/С^3
39. IF I > 7 THEN 195
40. IF I < 7 THEN 196
41. PRINT «Динамическая нагрузка, действующая на одну пружину»
42. I1 = 2.5
43. I1 = 1.5
44. T1 = D1 + 12*P1*D^3/(D1^4*σ)
45. L1 = I*N1 + (I1 – 5)*D1
46. R = 8*P*I1*D^3/(D1^4*σ)
47. L2 = L1 - R
48. U = 1 – R/7/L1
49. LPRINT TAB (20): «Исходные данные»
50. LPRINT «Масса системы, кг» М1
51. LPRINT «Частота вынужденных колебаний вала, 1/с», F
52. LPRINT «Частота собственных колебаний вала, 1/с», F0
53. LPRINT «Частота вибрации, об/мин», N
54. LPRINT «Число пружин», В
55. LPRINT «Амплитуда колебаний, м», L3
56. LPRINT «Отношение диаметра пружины к диаметру прутка пружины
57. LPRINT «Частота собственных колебаний вала, 1/с», F0
58. LPRINT «Частота вибрации, об/мин», N
59. LPRINT «Число пружин», В
60. LPRINT «Амплитуда колебаний, м», L3
61. LPRINT «Отношение диаметра пружины к диаметру прутка пружины», С
62. LPRINT «Допускаемое напряжение при сдвиге, Па», Т
63. LPRINT «Модуль сдвига, Н/м», G
64. LPRINT TAB (20), «Результаты расчёта»
65. LPRINT «Жёсткость системы К= », К
66. LPRINT «Статическая нагрузка, действующая на одну пружину Н Р =»,Р
67. LPRINT «Средний диаметр пружины, м D =», D
68. LPRINT «Диаметр прутка пружины, м D1 =», D1
69. LPRINT «Жёсткость одной пружины в вертикальном направлении К3 =», К3
70. LPRINT «Число рабочих витков в пружине I = », I
71. LPRINT «Число нерабочих витков пружины, I1 = », I1
72. LPRINT «Шаг пружины T1 = », Т1
73. LPRINT «Осадка пружины, м R = », R
74. LPRINT «Высота пружины в смонтированном состоянии, м L2 = », L2
75. LPRINT «Высота ненагруженной пружины, м L1 = », L1
76. LPRINT « Коэффициент деформации пружины U =», U
77. END

 

7.3 Технологический расчет пружинных опор вибрационной мельницы

 

7.3.1. Исходящие данные.

Масса системы, кг 1160

Частота вынужденных колебаний вала, ¹/_с 150,9

Частота собственных колебаний вала, ¹/_с  61,4

Частота вибраций, ^об/_мин. 1440

Число пружин 20

Амплитуда колебаний, м. 0,003

Отношение диаметра пружины к диаметру прутка пружины  11

Допускаемое напряжение при сдвиге, Па  4Е + 0,8

Модуль сдвига, ^Н/_м     8Е / 10Е

 

7.3.2. Результаты расчета.

Жесткость системы К=445176,3

Статистическая нагрузка, действующая на одну пружину Р=568,4 Н

Средний диаметр пружины, м.  Д= 3,65 Е-02

Диаметр прутка пружины, м. Д₁=3,32 Е-0,3 Жесткость одной пружины в вертикальном направлении К₃ = 22258,82

Число рабочих витков в пружине I = 8,96

 

Число нерабочих витков пружины I₁ = 1,5

Шаг пружины Т₁ = 6,8 Е-0,3

Осадка пружины, м. R=3,41 Е-0,2

Высота пружины в смонтированном состоянии, м. L₂ = 3,01 Е-0,2

Высота не нагруженной пружины м. L₁ = 6,43 Е-0,2

Высота нагруженной пружины м. L

Коэффициент деформации пружины U = 0.

8 Монтаж, диагностика, ремонт

 

Монтаж начинают с разметочных работ. Оборудование устанавливают по производственным разметкам и крепят на фундаменте. Вибромельницу крепят к фундаментной подставке анкерными болтами и затем очищают от грязи и масла. Затем устанавливают ограждающие устройства и подключают вибромельницу к электросети. Сначала испытывают машину при работе на холостом  ходу, потом под частичной и полной нагрузкой. Под нагрузкой машину испытывают в течение двух-трех часов непрерывной работы. Во время испытания работают на различных сортах какао-бобов (жмыха) и проверяют параметры на соответствие и технической  характеристикой. Строго запрещается производить регулировку узлов на «ходу». При наличии посторонних шумов вибромельницу выключают, выясняют и устраняют причину. Для нормального обслуживания мельницы проход к ней должен быть свободным. Площадки у основания мельницы также должны быть свободными от посторонних предметов. Рабочее место должно содержаться в чистоте.. Пол и площадки, загрязнённые смазочными материалами, должны вытираться насухо тряпкой, смоченной в керосине, так как даже небольшое количество смазки, оставленной на полу, попадает на обувь. При работе мельницы необходимо обращать внимание  на размер молотых частиц и поддерживать определённый уровень зёрен в барабане. Регулировать процесс по показаниям контрольно-измерительных приборов, либо по визуальным наблюдениям. На рабочем месте должен находиться инструмент для мелкого ремонта. Для быстрой ликвидации неисправностей  в наличие должны быть: гаечные ключи, молоток, зубило, напильник, металлическая щётка и клещи.

В конструкции  вибромельницы одним из основных узлов являются: опоры вала, подшипники, требующие особого ухода. Чтобы избежать быстрого выхода из строя подшипников, необходимо правильно выбрать расчётную схему вала, в которой по предварительному расчёту дебаланс расположен в центре. При данном числе оборотов вала, необходимо для нормальной работы мельницы, имеет место большой прогиб вала в центре (критическая зона). Для избежания выхода из строя опор необходимо разнести массу дебаланса так, чтобы статический прогиб был минимальный. Это достигается путём использования дополнительных дебалансов, которые располагаются  за опорами. Их суммарный вес должен приближаться к весу дебаланса, вместо которого их используют. Тогда статический прогиб станет минимальный, и вал будет работать в докритическиой зоне, что обеспечит нормальную работу подшипниковых узлов.

Основным узлом является также упругая муфта, передающая вращение от электродвигателя к валу вибратора.

При сборке необходимо соблюсти соотношение вала вибратора, вала электродвигателя и муфты. Вибрирующий вал передаёт на упругие элементы муфты больше знакопеременные нагрузки. Тип уплотнения подвижных соединений, а также выбор смазки определяется скоростью и направлением относительного перемещения деталей.

В конструкции вибромельницы есть сварные соединения. Основные требования к сварным соединениям устанавливаются в зависимости от

условий их работы. Количество сварного соединения в значительной степени определяется составом и свойствами металлического шва. К наплавленному металлу предъявляют требования прочности, вязкости и твёрдости. Конструкция барабана не предусматривает специальных требований, таких, как коррозионная стойкость и жаропрочность. Поэтому применяется сплошная электродуговая сварка с использованием электродов СМ-11.

Вибромельница должна быть установлена с хорошей вентиляцией. Смазку оборудования и электродвигателя производят один раз в полгода набивкой. Один раз в год проводят проверку электродвигателя, проверку упругой муфты осуществляют в течение шести месяцев.

Один раз в неделю проводят внешний осмотр, обращая особое внимание на крепление узлов и деталей, свободный ход, движущийся деталей механизма. Ежемесячно производить текущий ремонт, периодический технический осмотр, а по истечении года – планово-предупредительный ремонт с разборкой узлов и механизмов и заменой изношенных деталей.

Ежемесячный текущий ремонт повышает долговечность вибромельницы, предупреждает преждевременный износ и выход из строя вибромельницы при одновременном удлинении срока между ремонтами машины. При ежемесячном текущем ремонте необходимо содержать в чистоте рабочее место, обтирать и очищать оборудование от грязи и пыли, смазывать трущиеся детали, проверять работу смазочных устройств, контролировать работу подшипников, проверять состояние крепления узлов, шпоночных соединений, работу пусковых и тормозных устройств, исправность защитных ограждений, предохранительных устройств и заземления, проводить необходимые ремонтные работы по устранению мелких дефектов.

Мелкий ремонт проводится ремонтной группой или дежурным ремонтным персоналом в соответствии с техническим описанием по эксплуатации установки и правилами по технике безопасности и производственной санитарии.

Периодический технический уход нужен для контроля за состоянием износившихся деталей, узлов и механизмов, недопустимых для непосредственного наблюдения. Здесь предусматривается плановая профилактическая ревизия технического состояния вибромельницы. При периодическом техническом уходе необходимо освободить машину от продукта, частично разобрать ее, очистить и промыть, проверить уплотнения, осмотреть подшипники, шейки валов, электропроводку, частично заменить крепежные детали, уточнить сроки очередного планового ремонта. Эти работы осуществляет комплексная ремонтная бригада с привлечением машиниста мельницы, дежурных слесарей и электриков.

Руководит работами механик цеха, отвечающий за соблюдение сроков и качество выполнения работы. Текущий ремонт – один из основных планово – предупредительных ремонтов, при помощи которого вибромельница поддерживается в рабочем состоянии до значительного износа главных частей, когда для восстановления требуется уже сложный и длительный ремонт.

По мере увеличения износа деталей непрерывно увеличивается объем очередных ремонтных работ. Относительно большой объем работ выполняется при среднем ремонте. В этом случае меняют дефективные детали, восстанавливают шейки эксцентрикового вала и выполняют все работы, предусмотренные для текущего ремонта.

Капитальный ремонт предусматривает полную разборку, очистку, промывку мельницы, тщательный осмотр и выверку ее деталей, и устранение всех выявленных дефектов. В процессе выполнения работ по ремонту составляют подробно ведомость дефектов, восстанавливают дефектные детали, собирают узлы. По окончании ремонтных работ регулируют работу мельницы в холостом ходу и под нагрузкой. Одновременно производят балансировку, добиваясь того, чтобы центр тяжести вала проходил через центр масс дебалансов. Далее выполняют все работы, предусмотренные текущим и средним ремонтом.

На капитальный ремонт установку останавливают при наличии запасных частей и материалов, подъемных приспособлений и специальной ремонтной оснастки.

 

8.1 Возможные методы восстановления

 

Снятые с вибромельницы детали промывают холодным способом в керосине, либо горячим способом в растворе щелочи с последующей промывкой горячей водой.

Вал при большом его износе восстанавливают наплавкой металла. При износе на глубину 0,2мм. поверхность вала хромируют. При ремонте наплавкой изношенная поверхность вала протачивается для удаления следов износа. Для предупреждения появления дефектов вал нагревают до температуры 700 - 800°С и наплавляют на его поверхность электродом Т- 540 металл, а затем шлифованием обрабатывают восстанавливаемую поверхность.

При ремонте вала хромированием поверхность его шлифуется до выведения следов износа, затем эта поверхность промывается органическим растворителем, обезжиривается. После обработки поверхность хромируют, промывают и шлифуют.

 

 

9 Выбор конструкционных материалов

Специфические условия пищевых производств: повышенная влажность; высокие или низкие температуры; непосредственный контакт человека с пищевыми продуктами. Эти условия предъявляют особые требования к выбору материалов для пищевого оборудования. Такие материалы должны отвечать следующим общим требованиям: материал не должен содержать вредных для здоровья человека элементов или вступать в реакцию с продуктами и разрушаться под действием пищевых компонентов, моющих, дезинфицирующих и смазочных материалов. Основным требованием к материалам в пищевом машиностроении является их высокая коррозионная стойкость.

Продукты коррозии не должны быть токсичны и влиять на органолептические свойства пищевых продуктов. При выборе материалов необходимо учитывать их свойства, условия работы деталей, характер напряжений и нагрузок. Выбирая материал, необходимо руководствоваться следующим:

по возможности шире использовать углеродистую сталь обыкновенного качества и углеродистые конструкционные стали;

в сварных конструкциях применять стали марок ст. 3, ст. 5, сталь 10, сталь 15, сталь 20.

Исходя из того измельчаемый материал не  является агрессивным по отношению к металлам, для изготовления оборудования установки выбраны:

сталь марки ст.3 ГОСТ380- 71 для изготовления корпуса и всех наружных деталей, при этом внутренняя поверхность футируется, а внешняя – окрашивается;

сталь 45 – для изготовления вала, отвечающая наиболее полно требованиям прочности, твердости и жесткости;

чугун С4 15 ГОСТ 1412- 79 – для изготовления дебаланса;

рессорно-пружинная горячекатаная сортовая сталь 60С 2А – для изготовления пружин, так как эта сталь отвечает требованиям по жесткости и выдерживает значительные нагрузки.

Для изготовления барабана мельницы применена сплошная электродуговая сварка с использованием электродов марки СМ 11. Обозначение сварки по ГОСТ 9466-75: Э 42А - СМ11 - 5- 4Д / Е 432 (3) – Б + 16. Диаметр электродов – 5мм.

Смазка движущихся частей электродвигателя производится индустриальным маслом И – 100А ГОСТ 20799-75.

 

 

10 Автоматика

В пищевой промышленности комплексной механизации и автоматизации уделяется  большое внимание. Это объясняется сложностью и высокой скоростью технологических процессов, а также чувствительностью их к нарушению режима работы. По мере осуществления механизации и автоматизации производства сокращается численность рабочих, увеличивается производительность труда. Человек продолжает принимать непосредственное участие в автоматизированном технологическом процессе, так как на него возложена функция управления машинами и механизмами. Автоматизация приводит к улучшению основных показателей эффективности производства: снижение себестоимости; увеличение выпуска продукции; улучшение качества; улучшение экологической обстановки.

В качестве объекта управления при автоматизации процесса измельчения является вибрационная мельница сухого помола. Показателем эффективности при управлении процессом является размер кусков измельчённого материала (толщина помола), а целью управления – поддержание определённого гранулометрического состава материала. Гранулометрический состав определяется, с одной стороны, свойствами измельчаемого материала: твёрдостью; влажностью; насыпной плотностью; размерами зёрен материала и количеством его в барабане, а с другой – кинетической энергией, с которой шары воздействуют на материал.

В промышленности нет качественных, непрерывно действующих датчиков размеров зёрен, поэтому принято стабилизировать количество материала в барабане. Оно реагирует практически на все параметры, определяющие размер частиц. Контролю в данном процессе подлежат расход материала, амплитуда шума, создаваемого мельницей, количество потребляемой энергии.

Сигнализируется состояние барабана положением переключателя «включен» - «выключен». Для пуска и остановки электродвигателя в управляющей установкой системе установлены устройства пуска и остановки (рисунок 5)

Характеристика используемых в системе управления вибрационной мельницей приборов приведена в таблице 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1 «Характеристика используемых в системе управления вибрационной мельницей приборов»

Завод-изготовитель	Таллиннский завод измерительных приборов	Львов-прибор, г.Львов	«Прибор», г.Москва	Фирма «Роботрон», Германия	Фирма «Кьер», Дания	«Газ-прибор», г.Москва	«Газ-приборавто-матика», г.Калининград
Количество	1	2	1	1	1	1	1
Тип, модель	ИР-51 Ду = 300мм	КСУ-3	ЭКМ-1У	ВШВ-003	РЭ-2	ТСМ	МКР-0-58
Наименование и характеристика прибора	Индукционный расходомер. Верхний предел измерения 100 дм3/2.	Вторичный показывающий и регулирующий прибор.	Сигнальная лампа, определяющая наличие отклонения от режимного параметра.	Измеритель шума и вибрации  с частотным анализом.	Октавный фильтр и акустический комплект. Класс точности - 1	Устройство- датчик токовой нагрузки. Погрешность +/- 1%.	Магнитный пускатель кнопочный. Усилие срабатывания – не более 3,5 кгс.
Место установки	На внутренней стороне дозатора	На щите	На щите	По месту	На щите	По месту	На щите
Предел. значение параметра	100 дм3			3мм 99 дБ
Наименование параметра	Расход материала  в дозаторе			Амплитуда шума  и вибрация		Токовая нагрузка	Подключения эл/оборудо -вания к сети
Позиция	1-1	1-2	1-3 2-3	2-1	2-2	2-4	1-4 2-5

 

11 Безопасность труда

 

11.1 Анализ   и обеспечение безопасных условий труда

 

Согласно классификации категории тяжести труда с учетом общих энергозатрат организма имеют место следующие категории:

- работа средней тяжести категория П а - энергозатраты - 172-232 Дж/с связана с постоянной ходьбой, но без перемещения тяжестей (инженеры-технологи, лаборанты);

 - работа средней тяжести категория П б - энергозатраты - 232-293 Дж/с связана с ходьбой и перемещением тяжестей до 10кг. К этой категории работ относится рабочие .

Важным неблагоприятным фактором является значительный удельный вес тяжелого физического труда. Неблагоприятной особенностью работы на всех этапах производства является поза «стоя», что приводит к быстрому утомлению ног рабочих, боли в стопах и развитию плоскостопия. При транспортировке продукции рабочие перемещают грузы массой от 0,5 до 10 кг, совершают большое количество наклонов  (700-900) различной глубины, преимущественно с грузом, что оказывает отрицательное воздействие на опорно-двигательный аппарат. Физические перегрузки связанные со значительными мышечными напряжениями, большими энергозатратами организма.

С целью профилактики утомления, перегревания, или переохлаждения организма на предприятии рекомендуем оборудовать комнаты психологической разгрузки, что позволит использовать перерывы для отдыха в специально оборудованных помещениях, восстановить в короткий срок тепловое равновесие снять физическое утомление.

В качестве оздоровительных мероприятий  повышения работоспособности рекомендуем ионизацию воздуха в производственном цехе. Нормативные величины ионизации воздушной среды производственных помещений регламентируются санитарно-гигиеническими нормами, утвержденными министерством здравоохранения (12.02.80, № 2152-80).

Ионизация воздуха – процесс превращения нейтральных атомов и молекул воздушной среды в электрические заряженные частицы (ионы). Искусственная ионизация осуществляется специальными устройствами – ионизаторами. Ионизаторы обеспечивают в ограниченном объеме воздушной среды заданную концентрацию ионов определенной полярности.

В помещении имеются значительные тепловыделения технологическом участке, и в первую очередь в  отделении. Температура воздуха на рабочих местах в отделении может достигать 40 ⁰С. Высокие температуры воздуха, особенно в летний период года могут вызывать у рабочих перенагревание организма (гипертермия), нарушения со стороны сердечно-сосудистой системы, понижение работоспособности. Источником влаговыделений является моечное отделение где производится мойка тары.

Температура воздуха на рабочем месте производственном цехе  составляет 25-27 ⁰С, относительная влажность 65 - 75%, скорость движения воздуха от 0 до 0,5 м/с.

Согласно СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений», оптимальные и допустимые микроклиматические условия  приведены в таблице 11.1.

Таблица  11.1- Оптимальные  и допустимые условия микроклимата

Период года	Категория работ	Температура воздуха, 0С, не более		Относительная влажность воздуха, %		Скорость движения воздуха, м/с
		оптимальная	допустимая	оптимальная	допустимая	оптимальная	допустимая
Холодный	2а   2б	21– 23   20-22	17-29   16-27	40 –60	75	0,3	02-0,4   0,2-0,5
Теплый	2а   2б	18-20   17-19	17-25   15-21	40 - 60	75	0,2	0,3   0,4

 

В качестве мероприятий по предупреждения поступления избыточного тепла и влаги в воздух производственных помещений рекомендуем наружные поверхности оборудования, и другие источники значительных выделений тепла изолировать, быстрое удаление из цеха нагретых изделий на специально оборудованные участки.

Важным мероприятием нормализации микроклимата рекомендуется вентиляция. Для производственных цехов, подсобных помещений и бытовых служб рекомендуем оборудовать механическую приточно-вытяжную вентиляцию в соответствии с действующими нормами и с учетом технологических условий.

Рекомендуем применять воздушное душирование на рабочих местах у печных агрегатов. Душирующая вентиляция через самостоятельную систему подает очищенный воздух непосредственно на рабочее место. Рекомендуемая температура душирующего воздуха в зимнее время года в пределах 17 – 19 ⁰С при скорости движения воздуха 0,5 – 1 м/с, а в летнее время 21 – 23 м/с.

Для предупреждения прорыва холодного и влажного воздуха в помещение экспедиции при погрузке готовой продукции через открытые технологические проемы и ворота предлагаем использовать воздушно-тепловые завесы.

Все технологическое оборудование применяемое в производстве, использует в качестве энергии электроэнергию переменный ток напряжением 220/380В. Существует потенциальная опасность поражения работающего персонала электрическим током, вследствие нарушения изоляции, отсутствие соответствующих мер безопасности. В зависимости от влияния окружающей среды согласно Правилам устройства и эксплуатации электрических установок проектируемый цех по степени опасности поражения человека электрическим током  относится помещениям повышенной опасности.  Рабочим персоналом должны соблюдаться нормы СанПиН 58.02-91 «Выполнение работ в условиях воздействия электриче­ских полей промышленных частот». В качестве мер защиты от прикосновения к металлическим нетоковедущим частям электроустановок, оказавшимся под напряжением предлагаем  применять: - изоляцию токоведущих частей – покрытие токоведущих частей или отделение их других частей слоем диэлектрика, обеспечивающие протекание тока по требуемому пути и безопасную эксплуатацию электроустановок; - защитное заземление всего электрического оборудования, так как производственное помещение относится к повышенной опасности и применяется напряжение 220/380В переменного тока; - защитное отключение - быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении опасности поражения человека электрическим током. При освещении в проектируемом помещении предполагается использовать естественное освещение и искусственное. Естественное освещение создается через световые проемы расположенные вертикально (боковое освещение), фактическое значение коэффициента естественной освещенности составляет 1,5%. Искусственное освещение применяется для обеспечения необходимой освещенности на рабочих местах, создаваемое люминесцентными лампами, системой общего освещения. Фактическая освещенность составляет 250 лк. Согласно СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение» для работы средней точности при системе комбинированного освещения Ен=200лк, коэффициент естественного освещения КЕО=1,5%, следовательно условия искусственного и естественного освещения удовлетворяют требованиям. Предусмотрено аварийное освещение предназначенное для обеспечения безопасной работы при аварийном отключении рабочего освещения. В проходах и лестнице, в вестибюле, а так же в местах где выход связан с опасностью нанесения травм работающим оборудованием, предусмотрено эвакуационное освещение предназначенное для эвакуации людей из помещения при аварийном отключении рабочего освещения.

Во всех производственных помещениях рекомендуем максимально использовать естественное освещение. Для защиты от усиленной инсоляции в летнее время предлагаем применять защитные устройства (козырьки, экраны).

Действующее оборудование в цехе, являются источником шума. Суммарный уровень шума в цехе составляет  87 дБА. Допустимый уровень шума в производственных помещениях СН.2.2.4/2.18.562-96 ССБТ «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий на территории жилой застройки» составляет 80 дБА.

Шум способен вызывать у рабочих раздражительность, ослабление памяти, подавленное настроение, нарушение сна, снижение производительности труда, повышение кровяного давления, нарушение со стороны желудочно-кишечного тракта. Звукопоглощение  рекомендуем применять для ослабления распространения шума внутри помещения с помощью звукопоглощающих материалов и конструкций, применение штучных звукопоглотителей в виде полных объемных геометрических фигур, заполненных пористым материалом и подвешиваемых к потолку. Рациональное расположение штучных поглотителей снизит  уровень шума на 10 – 12 дБ. Помещение производственного цеха относится к категории В (пожароопасная) класс П-IIа согласно классификации помещений СНиП 2 01.02 – 85.

11.2 Мероприятия по улучшению условий труда

 

11.2.1 Защита от вибрации

 

Исходные данные:

число оборотов вала N = 1440 об/мин;

амплитуда колебаний а = 3 мм;

общая масса установки Q = 1160кг;

количество амортизаторов n = 20.

Характеристика резинового амортизатора :

предельное напряжение сдвига F = 0,08 Па,

модуль упругости Е = 3,5 МПа.

Отношение диаметра пружины к диаметру ее прутка С = 11.

Жесткость металлического амортизатора:

 

К_z = [2πN/60φ]² *Q/g = [2*3,14*1440/60*3]² * 11600/9,8 = 445176,3 Н/м.

Жёсткость одной пружины

 

Кв1 = К_z/n = 445176,3/20 = 22258,82 Н/м.

 

Динамическая нагрузка, действующая на систему,

Р = h(Q/h +1,5а*К_z),

 

где h – число пружин; Q – вес системы, Н; а – амплитуда колебаний, мм;

 

Р = 20*(11600/20 + 1,5*0,03*22258,82) = 13603,3 Н.

 

Динамическая нагрузка на одну пружину:

 

Р₁ = Р/h = 13603,3/20 = 680,16 Н.

 

Диаметр прутка пружины:

 

d = 1,6*√2,7Р₁*С/[τ] = 1,6*1,6*√2,7*680,16*11/4*10⁸ = 3,32*10^-3м,

 

где [τ] - допускаемое напряжение сдвига для стали 60С2А, Па;

 

диаметр пружины Д = d*c = 11,0*3,32*10^-3 = 3,65*10^-2м.

 

Количество рабочих витков в пружине:

 

i = G*d/ К_z*c³ = 8*10¹⁰*3,32*10^-3/22258,8*11³ = 8,96 или 9 витков,

 

где  G – модуль сдвига для стали 60С2А.

Так как i > 7, то i₁= 2,5 – количество нерабочих витков.

Шаг пружины

 

h = d + 1,2 Р₁ * D³/d⁴ * G = 3,32 * 10^-3 + 12*680*3,35*10^-2/ /0,00332*8*10¹⁰ = 6,8 *10^-3м.

 

Осадка пружины

 

Δ= 8Р₁* i₁* D³ / d⁴ *G=8*680*2,5*0,0335/(0,00332* 8* 10¹⁰) =3,4*10^-2м.

 

Высота ненагруженной пружины:

 

L = ih + (i1 – 1,5)d = 9*6,8*10^-3 + (2,5 – 1,5)*0,00332 = 6,5*10^-2м.

 

Высота пружины в смонтированном состоянии

 

Н = L – Δ = 6,5*10^-2 – 3,4*10^-2 = 3,1*10^-2м.

 

Расчёт резинового виброизолятора.

Характеристика резинового виброизолятора.

Предельное напряжение сдвига σ = 0,1 МПа.

Модуль упругости Е = 4 МПа.

Полная высота амортизатора Н = 3см.

Число амортизаторов n =6.

Размер поперечного сечения виброизолятора:

 

А = √ Q/n σ = √11600/6*0,1*10⁶ = 0,008м,

 

где Q – вес системы, Н.

Рабочая высота резинового амортизатора

 

Н₁=Н – А/8 = 3 - 8/8 = 2см.

 

Собственная частота колебаний виброизолируемого агрегата

 

f₀ = 1,8 * √ Е / σН₁ = 1,8 * √4/0,1*2 = 8,06 Гц.

 

Частота вынужденных колебаний агрегата

 

F = N /60 = 1440/60 = 24 Гц.

 

Необходимо обеспечить

 

 f/f₀ = 3 / 4, тогда f/f₀ = 24 / 8,06 = 2,99.

 

Коэффициент передачи

 

 К= 1/ (f/f₀)²-1 = 1/(24/3)² -1 = 0,125

 

Эффект виброизолятора

 

Э = 20 ℓg L/К = 20 ℓg 1/ 0,125 = 18,06 дБ.

 

Таким образом, от резинового виброизолятора вибрация снижается на 18дБ.

 

11.3 Возможные чрезвычайные ситуации

 

Производственный цех имеет несколько потенциальных источников возникновения пожара:

- в цехе используются, перерабатываются горючие и взрывоопасные органические вещества в различном агрегатном состоянии.

- на предприятии широко применяются холодильные установки, необходимые для проведения технологических процессов и сохранности пищевых продуктов. В качестве хладагента на которых используется аммиак – взрывоопасный, токсичный газ;

- на предприятии вырабатывается и применяется большое количество горючей тары, деревянные, картонные ящики, тканевые мешки, лотки. Наличие горючей тары усугубляет пожарную опасность предприятия;

- для проведения технологических процессов  применяет нагревательные установки. При нарушении эксплуатации теплогенерирующих установок и противопожарных требований может явиться причиной возникновения пожаров.

Помещение цеха относится к категории В (пожароопасная) класс П-IIа согласно классификации помещений СНиП 2 01.02 – 85.

Категория помещения по огнестойкости в соответствии с СНиП 2.01.02-85 степень огнестойкости III, так как все основные несущие и конструктивные элементы здания, несущие и ограждающие конструкции выполнены из железобетона с применением листовых и плитных негорючих материалов. Для перекрытий применяются деревянные конструкции, защищенные трудногорючими листовыми материалами.

Основные причины пожаров можно разделить на дисциплинарные, технологические,   обусловленные   электричеством,   отсутствием   или несвоевременностью контроля. Причинами возникновения пожара:

- по дисциплинарным причинам, может служить отклонение от правил эксплуатации и ремонта оборудования, неосторожное обращение с источниками открытого огня, курение на хлебозаводе или на складе сырья и т.д.;

- по технологическим причинам пожар может возникнуть из-за применения не соответствующих ГОСТу смазочных материалов, в частности, для компрессоров, применение инструмента, при ударах которого о твердую поверхность возникают искры, возгорание продуктов, попавших на нагревающие органы технологического оборудования, например, попадание продукта на греющие органы сушилок и т.д.;

- связанных с электричеством, может быть плохой электрический контакт в местах присоединения проводников, нарушение целостности изоляции и т.п.

Применение предусмотренной в проекте аспирации, предотвращает оборудование горючей и взрывоопасной среды. Кроме того, в системе  аспирации для     предотвращения     распространения     пожара     предусмотрены огнепредохранительные устройства, состоящие из чувствительных элементов, реагирующих на повышение температуры (легкоплавкие замки, пороховая или постирольная нить, полупроводниковые термосопротивления и др.) и исполнительных органов, приводящих в движение заслонки, шибера, клапаны и т.п. устройства, перекрывающие клапан воздуховода.

Для своевременного извещения о возникающем пожаре в проектируемой  пекарне предусмотрена автоматическая электрическая система пожарной сигнализации, состоящая из автоматических извещателей, линии связи, приемной станции и источника питания.

Проектом предусмотрено пожарное водоснабжение, позволяющее подать воду в любое время суток и в количестве, необходимом для пожаротушения. Сеть пожарного водопровода связана с промышленным и хозяйственно-бытовым водопроводом. Установленный противопожарный насос обеспечивает подачу двух струй по 25 л/сек.

Для тушения пожаров на заводе предусматривается автоматическая система тушения пожара. Автоматические системы позволяют  предотвратить или своевременно потушить пожар без участия человека они обнаруживают загорание и после подачи сигнала тревоги начинают ликвидацию пожара в начальной стадии его развития. Оснастить предприятие автоматическими установками пожаротушения жидким диоксидом углерода. Огнегасильная концентрация углекислоты 23%, но для прекращения горения ее доводят до 30%. При применение углекислоты следует иметь в виду, что ее 10% концентрация в воздухе опасна, 20% смертельна для человека. Поэтому перед включением установки люди должны покинуть помещение. Для извещения работающих, о необходимости эвакуации обязательно устанавливаются сигнальные устройства. Звуковой сигнал дублируется подачей световых сигналов, появлением на табло надписи типа «Газ уходи».

 Для тушения местных возгораний предусматривается следующий пожароликвидирующий инвентарь которых находится в пожарных щитах:

а) углекислотный огнетушитель ОУ- 10 (1шт);

б) химическо-пенный огнетушитель ОХП-10 (1 шт);

в) ящик с песком вместимостью 0,5 - 3,0 м³ и лопата;

г) войлок, кошма или асбест (2х2 м²).

Эвакуация работающих из помещения и здания при возникновение пожара является одной из важнейших мер предупреждения воздействия на них его опасных факторов. Для обеспечения эвакуации в здании предусмотрены пути эвакуации и эвакуационные выходы.

При возникновении ЧС проводится экстренная эвакуация персонала объекта из зоны бедствия в минимальные сроки.

12 Экономическая часть

В условиях рынка и конкуренции руководителям и менеджерам предприятий нельзя полагаться только на опыт, интуицию и видимые удачные обстоятельства. Важным условием эффективной деятельности предприятия, залогом его устойчивости и способности противостоять влиянию негативных и случайных факторов, на которые щедра рыночная экономика, является внутрипроизводственное планирование. В первые годы становления рыночных отношений многие предприятия уделяли мало внимания планированию. Однако за рубежом давно осознали, что без плана нельзя начинать сколько-нибудь стоящее коммерческое предприятие или обеспечить его прибыльное функционирование. В рыночной экономике любое предприятие независимо от своих масштабов и сферы деятельности должно заниматься планированием. При этом на смену громоздким и сложным техпромфинпланам должен прийти понятный, доступный для восприятия, с обоснованием всех положений и их рекламной привлекательностью, динамичный и гибкий бизнес-план. Разработка бизнес-плана во многом  позволяет определить потенциал предприятия, поставить новые цели и задачи. В целях предотвращения убытка и подтверждения выгодности проекта даётся  обзор важнейших технико-экономических показателей. В данном проекте рассматривается  возможность внедрения вибромельницы в производство какао-порошка.

 

12.1 Характеристика аппарата и существо проекта

 

Предлагаемая вибромельница призвана удовлетворить потребности покупателя в соответствие с его запросом. Вибромельница имеет относительно небольшие размеры, высокую производительность и может быть использована как в пищевой, так и в других отраслях промышленности, где требуется тонкое измельчение. Вибромельница проста в обращении, что важно при её эксплуатации и при проведении планово-предупредительных ремонтов.

Таблица -12.1 Технико-экономические показатели бизнес-плана

 

Наименование показателя	Единица измерения	Аналог	Проект
1	2	3	4
Индекс и шифр		TGL	М-200
Масса установки	кг	6000	1160
Производительность	кг/год(кг/час)	500000(250)	1400000(700)
Габариты установки	мм	9500*2700*2900	1980*975*1360
Срок службы	год	5,0	5,0
Мощность электродвигателя	кВт	15,0	14,0
Коэффициент унификации		0,5	0,55
Трудоёмкость обслуживания	чел/год	2,0	2,0

 

 

12.2 Характеристика и анализ рынка

 

Характеристика и анализ рынка должны ориентировать на изучение многообразных факторов, оказывающих влияние на состояние рынка, структуру спроса, тенденции его развития и изменения.

Анализ спроса на предлагаемый аппарат на рынке и тенденции его развития оказывает непосредственное влияние на план производства и сумму инвестиций .

Рыночная сегментация представляет собой, с одной стороны, метод для нахождения частей рынка и определение объектов, на которые направлена маркетинговая деятельность предприятия. С другой стороны, это – управленческий подход к процессу принятия предприятием решений на рынке. Сегментация проводится с целью максимального удовлетворения запросов потребителей, а также реализации затрат предприятия-изготовителя на разработку программы производства, выпуск и реализацию товара. Объектами сегментации являются, прежде всего, потребители. Для сегментации рынка товаров производственного назначения предварительное значения имеют экономические и технологические критерии, к которым относят отрасль. В нашем случае отрасль – промышленность; форма собственности – государственная; сфера деятельности – основное производство; размер предприятие – крупное.

Рынок сбыта вибромельницы: не знают о товаре – 60%; знают о товаре, но не приобретают его- 20%; специфическая группа потребителей6 клиенты конкурентов – 10%; наши клиенты – 10%.

Чтобы лучше обеспечить конкурентоспособность положения на рынке предлагаемую установку лучше всего позиционировать. Позиционирование

избранного товара  – это нахождение условных сегментов, поскольку позиция товара на одном сегменте рынка может отличаться от того, как его воспринимают покупатели на другом рынке. Закупка товаров производственного назначения начинается  с осознания какой – либо нужды,  в данном случае обновление товара под влиянием рынка, обслуживания оборудования, необходимость приобретения новых материалов. Также привлекает возможность приобретения товара с более выгодной низкой ценой.

 

12.3 Анализ конкурентов

 

Предлагаемый проект при сравниваемой оценке с вариантом конкурентов (аналога) имеет следующие преимущества:

оптовая цена вибромельницы на 17% ниже аналога;

себестоимость изготовления на 34% ниже аналога.

Вибромельница доступна покупателю, надежна и проста в эксплуатации, привлекает небольшими габаритами, большей производительностью по сравнению с аналогом конкурентов.

 

12.4 План маркетинга

 

Этот план рассматривает генеральную маркетинговую стратегию, политику ценообразования, формирование каналов сбыта, сервисное обслуживание, рекламную политику. Генеральная маркетинговая стратегия определяется путем исследования и оценки рынка, клиентуры, показателей качества (цеха, скорость поставки, гарантийное  обслуживание). Для предлагаемого аппарата лучшими потребителями являются госзаказчики, так как появляется возможность получения ценовых и налоговых льгот для поддержки производства.

Вибромельница может стать прибыльной за счет более эффективного производства, меньших трудовых и материальных издержек и накладных расходов. Канал сбыта формируется наличием собственных магазинов и торговых предприятий.

12.5 План производства

 

Установка вибромельницы будет производиться на существующем предприятии. Для создания установки потребуется несколько видов оборудования, а именно, столярных и шлифованный станки, сварочный аппарат, Есть возможность приобрести его у поставщиков по предварительной договоренности.

 

                   

             12.6 Расчет эффективности капитальных вложений

 

Капитальные вложения включают: затраты на НИР и проектирование; затраты на производственные площади; затраты на оборудование, используемое при изготовлении установки; затраты на прочие  капитальные вложения (10% от суммы статей предыдущих затрат).

Общая формула для определения капитальных вложений имеет вид:

К₂ = К_НИР + К_пл + К_об + К_пр                                                                                       (12.1)

 

Затраты на НИР приведены в таблице 2.

 

Таблица -12.2  Затраты НИР

 

Должность	Оклад, руб.	Число мес.	Фонд з/п	Премия и проект		Полный фонд з/п и проект, руб.	Отчисления с фонда оплаты труда		Сумма, тыс. руб.
				%	руб.		%	тыс. руб.
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Инженер	8000	5	40000	10	4000	44000	26,2	11528	55528
Программист	7500	7	52500	10	5250	57750	26,2	15130,5	78880,5

               

               Итого на НИР приходится К_НИР = 134408,5 руб.

Затраты на производственные площади даны в таблице 3.

 

Таблица - 12.3 Затраты на производственные площади

 

Наименование	Объём объекта, м3	Стоимость 1м3, тыс. руб.	Сумма, руб.	Амортизационные отчисления
				%	тыс. руб.
1	2	3	4	5	6
Цех	200	3500	700000	2,6	18200

           

Имеем: К_пл =  700000 руб.

Затраты на оборудование приведены в таблице 4.

Таблица - 12.4 Затраты на оборудование

Наименование	Балансовая стоимость, руб.	Кол-во ед. оборудования	Сумма, руб.	Амортизационные отчисления
				%	тыс. руб.
1	2	3	4	5	6
Токарный станок	371500	1	371500	13,3	49409,5
Столярный станок	324000	1	324000	13,3	43092
Сварочный аппарат	276000	1	276000	13,3	36708
Шлифовальный станок	100000	1	100000	13,3	13300
Фрезерный станок	380000	1	380000	13,3	50540
Итого:			1451500		193049,5

 

Имеем: К_об = 1451500 руб.

 

.

Затраты на сырьё и материалы даны в таблице 5.

 

Таблица - 12.5  Затраты на сырьё и материалы

 

Наименование материала	Марка материала	Общая масса, кг	Цена за 1 т по прейскуранту, тыс.руб.	Сумма, руб.
Сталь круглая	Сталь 45	20	18500	370
Сталь листовая	Сталь 3	1440	22000	31680
Чугун серый	С415	30	19000	570
Сталь пружинная	60С2А	10	18000	180

 

                Имеем: ∑К_мат = 370+ 31680 + 570 + 180 =32800 руб.

НДС составляет 18% от ∑К_мат, т.е. 32800*0,18= 5904 руб.

 

Расчёт затрат на покупные комплектующие изделия приведён в таблице 6.   Таблица - 12.6 Затраты на покупные комплектующие изделия   Наименование изделия Количество Цена за единицу, руб. Сумма, руб. 1 2 3 4 Электродвигатель 1 21000 21000 Болты:      М20*60 М16*32 М12*40 М8*60 М8*16 М10*12 М10*20 М6*12 М8*20 М6*15 4 4 4 4 2 4 8 4 2 4 4,00 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 16 16 16 16 8 16 32 16 16 16 Винт:        М16*32 2 2,8 5,6 Гайки:            М12 М8 М10 М6 4 8 4 4 1,0 1,0 1,0 1,0 4 8 4 4 Шайбы:             10 12 8 4 4 12 0,9 0,9 0,9 3,6 3,6 10,8 Шпонки:  32*10*8 38*10*8 2 1 12,5 12,5 25,0 12,5 Муфта упругая Подшипник Фланец Прокладочный материал Решётка Воздуходувка 1 2 3 10   1 1 200 200 50 5,0   3560 12000 200 400 150 50,0   3560 12000 Итого:               375595,1руб. НДС – 18%, т.е. 6767,11 руб.; См + Сп = (32800 + 5904) + (375595,1+6767,11 )= 421066,21руб.

Затраты на сборку и установку изделия составляют 10% от их стоимости: С_сб =421066,2*0,1=42106,62 руб.

Транспортно-заготовительные расходы: С_тр =421066,21*0,06=25263,97 руб.

Прочие капитальные вложения: К_пр = С_сб * 0,3 = 421066,21*0,3 = 126319,86 руб.

Имеем: К₂ = 42106,62 + 25263,97 + 126319,86 = 193690,45 руб.

Затраты на изготовление деталей и узлов определяется, исходя из трудоемкости по каждому виду работ и часовых тарифных ставок.

 

Таблица12.7-Трудоёмкость по каждому виду работ и часовых тарифных ставок.

Наименование детали, узла	Вид работы	Разряд	Трудо-мкость	Часовая тарифная ставка, руб.	Сумма, руб.
1	2	3	4	5	6
Корпус	Заготовка Сварочные Сварочные	3 4 4	1,5 10,8 7,5	26,3 36,72 36,72	39,45 396,57 275,4
Рама	Заготовка Слесарная Сварочные	3 4 5	3,9 10,9 22,6	26,3 36,7 44,2	102,57 400,03 998,92
Штуцер,  3 шт.	Заготовка Слесарная Токарные	3 4 5	1,7 7,4 24,2	26,3 36,7 42,7	44,71 271,58 1033,34
Вал	Токарные Фрезерные	5 6	0,85 1,5	42,7 58,1	36,92 87,15
Опара вала	Токарные Фрезерные Шлифовал	5 6 6	2,5 6 3	42,7 58,1 59,8	122,5 348,6 178,8
Дебаланс, 2 шт	Токарные Слесарные	5 4	0,5 0,75	42,7 36,7	21,35*2 27,52*2
Пружина, 20шт.	Токарные Слесарные	4 6	1,5 0,8	39,35 47,8	59,02*20 38,24*20
Пружинная опора     2 шт.	Токарные Слесарные Сварочные	5 6 4	2 12,5 5,8	42,78 47,8 40,6	85,56*2 597,5*2 235,48*2
Ограждение2шт.	Слесарные Сварочные	6 4	12,5 1,5	47,9 40,6	598,75*2 60,9*2
Итого:					8216,56

 

Себестоимость проектируемой вибромельницы равна:

С=134408,5+421066,21+193690,45+8216,56=757381,72 руб.

Цена проектируемой вибромельницы равна 946727,15 рублей.

 

 

12.7 Расчет годовых эксплуатационных затрат по установке

 

Эффективный фонд времени работы установки: Т_эф = Т_р (1-А_р/100),

где Т_р =365-115 = 250 дней – режимный фонд времени, зависящий от календарного фонда рабочего времени (Т_к = 365 дней); выходные дни – 115; число рабочих смен – 2.

А_р – планируемый процент времени на простой оборудования в техническом обслуживании, осмотр и ремонт; ориентировочно А_р = 10% от Т_р, т.е. А_р= 250* 0,1 = 25 дней ; Т_эф = 250-25 = 225 дней или 3600 часов

 

Эксплуатационные затраты рассчитываются :

 Амортизация здания равна 18200 рублей (таблица 12.5)

 Амортизация оборудования 193049,5 рублей (таблица 12.6)

Затраты на электроэнергию составляют:

U'_э = S_у+S_n  – затраты на электроэнергию,

 где S_у – установочная мощность, причем S_у = М_у * Ц _у,  М_у = М_э/η * К_n,

М_у – установочная мощность, кВт;

М_э  – мощность электродвигателя, кВт;

К_n  – коэффициент, учитывающий потери электроэнергии в сети;

Ц _у – 210 руб. – стоимость 1Квт установленной мощности;

 М_у  = 14 *0,95 = 13,3 кВт; S_у = 13,3* 2,07 = 27,53 руб/ч; для аналога S_у.ан = 29,49руб/ч.

 Объем потребления электроэнергии в год проектный вариант 99108 рублей, базовый вариант 106164 рубля.

 

Для работы на вибромельнице требуется 1 рабочий в смену, так как график работы двухсменный, то количество рабочих обслуживающих машину два человека. Фонд оплаты труда работников.

 U'_з.n – основная дополнительная зарплата;

эффективный фонд рабочего времени одного работника – 1800 часов;

часовая тарифная ставка – 42,80 руб.,

основная заработная плата U'_з.п  = 42,8*1800 = 77040 руб.; 

дополнительная заработная плата – 10% от основной, и равна 7704, общий фонд на 1 рабочего 84744 рублей, общий фонд оплаты труда 169488 рублей.

Отчисления на социальные нужды – 26,2% от фонда оплаты труда , т.е. 44405,85руб.

Накладные расходы U'_н составляют 50% от затрат на оплату труда.

Имеем: U'_н = 169448 0,5 = 84724 руб

 

Таблица12.8

 

Смета годовых эксплуатационных затрат

 

Наименование затрат	Сумма издержек по аналогу, руб.	Сумма издержек по проекту, руб.
1	2	3
Амортизация здания	18200	18200
Амортизация оборудования	250000	193049,5
Энергия	106164	99108
Фонд оплаты труда	169488	169488
Отчисления с фонда оплаты труда	44405,85	44405,85
Накладные расходы	84724	84724
Итого:	672981,85	608975,35

 

 

Стоимость одного машино – часа:

U'₂ / Т_эф = 608975,35/3600 = 169,15  руб.;

U'₁ / Т_эф  = 672981,85/3600= 186,93  руб.

 

12.8 Расчет годового экономического эффекта

 

Годовой экономический эффект рассчитывается по формуле:

Э = [(С₁+Е_н*К₁] * В₂/В₁ * Т₁/Т₂ + (U'₁ - U'₂) – Е_н (К'₂  - К'₁) / Т2 – (С₂+Е_н*К₂)]*А                                                                        (12.2)

где С₁,С₂  – себестоимость изготовления оборудования аналога и проекта; С₁ = 835000 руб;  С₂ = 757381,72 руб.;   

К₁, К₂  – удельные капитальные вложения аналога и проекта;  К₁ = 3000000 руб;  К₂ – 2908881,72 руб.;

В₁ , В₂   – годовые объемы продукции; В₁ = 250*2000 = 500000 кг/год; В₂ = 700*2000 = 1400000 кг/год;

Е_н = 0,15 – нормативный коэффициент;

U'₁ , U'₂  – эксплуатационные расходы;

U'₁ =672981,85  руб; U'₂ = 608975,35 руб.;

К'_1, К'₂ – сопутствующие капитальные вложения; К'₁ = 290888,1 руб.; К'₂ = 300000 руб.;

Т = 5 лет службы установки; Э = [835000+0,15*3000000] * 1400000/500000 * 5/5 + (672981,85-608975,35) – 0,15* (290888,1-300000) / 5 – (757381,72+0,15*2908881)] =927376,57руб. Срок окупаемости Ток = ΣК2/Э = 2908881,72 /927376,57 =3,1 года.   Основные технико-экономические показатели приведены в таблице 12.9

                                                                                                                                       Таблица 12.9 Технико-экономические показатели

 

Наименование показателя	Единица измерения	Аналог	Проект
1	2	3	4
Индекс и шифр		TGL	М-200
Масса установки	кг	6000	1160
Производительность	кг/год(кг/час)	500000(250)	1400000(700)
Габариты установки	мм	9500*2700*2900	1980*975*1360
Себестоимость изготовления	руб.	835000	757381,72
Договорная цена	руб.	1043750	946727,15
Срок службы	год	5,0	5,0
Мощность электродвигателя	кВт	15,0	14,0
Коэффициент унификации		0,5	0,55
Трудоёмкость обслуживания	чел/год	2,0	2,0
Себестоимость машино-часа	руб.	186,93	169,15
Годовой экономический эффект	руб.	-	927376,57
Срок окупаемости	год	-	3,1

Выводы. В результате проведенных экономических расчетов по внедрению нового оборудования получен годовой экономический эффект 927376,57 рублей, срок окупаемости 3,1 года.

 

Заключение

 

В процессе разработки устройства для измельчения какао-жмыха предложена конструкция вибрационной мельницы, обладающая следующими преимуществами: высокая производительность; меньшие габариты; простота обслуживания; надежность в эксплуатации. Эти преимущества обеспечат снижение себестоимости какао-порошка на 34%, снижение капитальных вложений на 37 тыс. рублей и снижение эксплуатационных затрат на 20 тыс. рублей.

Экономический эффект составляет 927 тыс. рублей.

Разработанная конструкция вибромельницы может быть рекомендована к внедрению в производство.

 

Список использованных источников

1. ГОСТ 12.1.005-76 ССБТ “Воздух рабочей зоны”. Общие санитарно-гигиенические требования.
2. ГОСТ 12.1.007-76 ССБТ “Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности”.
3. ГОСТ 12.1.018-86. ССБТ. Статическое электричество и искробезопастность. Общие требования, М., Издательство стандартов, 1986, 17с.
4. ГОСТ 12.1.004-76. Пожарная безопасность. Общие требования, М., Издательство стандартов, 1976, 17с.
5. ГОСТ 12.2.003-76 “Общие требования к безопасности”.
6. ГОСТ 12.1.012-76 “Вибрация. Машины стационарные”.
7. ГОСТ 12.4.002-84 “Средства индивидуальной защиты”.
8. ГОСТ 12.1.019-76 “Электробезопасность”.
9. СНиП II-4-79: Нормы проектирования. Естественное и искусственное освещение, 1980 с.48.
10. СНиП 11-4-79: “Естественное и искусственное освещение”. М.: Стройиздат, 1990г.
11. СНиП 11-2-80: “Противопожарные нормы проектирования зданий и сооружений”. М.: 1990г.
12. ПУЭ. “Правила устройства электроустановок”, М., Энергия, 1986, с.464.
13. Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроения. М.: Машиностроение, 1978г. с.559.
14. Барабаш В.И. Экономика и охрана труда. Методические разработки для дипломного проектирования. ЖГИ.Л.: 1982г.
15. Бейзельман Р.Д., Ципкин Б.В. Подшипники качения.- Справочник, М., Машиностроение, 1986, с.562.
16. Бешекаев В.А. Технология ремонта химических аппаратов и машин. Учебное пособие для студентов – механиков. Казань, Казанский химико – технологический институт, 1975г., с.156.
17. Васенев А.Д. расчет и конструирование оборудования химических заводов.- Методические указания. Казань, химико - технологический институт, 1995г., с136.
18. Великанов Н.М. Экономика и организация производства в дипломных проектах. М.: Колос, 1986г.,с.285.
19. Гжиров Н.С. Справочник конструктора. Л. Машиностроение, 1984г., с.446.
20. Греков И.И. Методические указания по дипломному проектированию к главе: “Охрана окружающей среды”. Оренбург, 1987г., с.28.
21. Гузенков П.Г. Детали машин. М.: Высшая школа, 1982г., с.351.
22. Долин П.А. Справочник по технике безопасности, М., Энергия, 1982г., с.800.
23. Драгилев А.И. Оборудование для производства шоколада, М., Пищевая промышленность. 1993г., с.198.
24. Кашарский Д.Б. Автоматические приборы, регуляторы и управляющие машины. Справочное пособие, Л., Машиностроение, 1968г., с.880.
25. Макаров Г.В. Охрана труда в химической промышленности, М., Химия, 1989г., с.496.
26. Никитин Д.П., Новиков Ю.В. Окружающая среда и человек. М.: Высшая школа, 1982г.
27. Орехов П.И. Основы конструирования, ч.2, М., Машиностроение, 1989, с.567.
28. Приемов С.И. Техника безопасности и производственная санитария в пищевой промышленности, М., Пищевая промышленность, 1979г., с.191.
29. Сегеда Д.Г., Дашевский В.И. Охрана труда в пищевой промышленности. М.: Л. И Пищ. Промышленности, 1983г., с.365.
30. Ситников М.С., Рудаков М.Г. Методические указания по экономическому обоснованию дипломных проектов. Казань, Казанский химико-технический институт, 1976г., с.20.
31. Соркин В.Г., Волосникова А.В., Вяткин С.А. Марочник сталей и

сплавов, М., Машиностроение, 1989г., с.640.

32. Федоренко В.А. , Игонин А.И. Справочник по машиностроительному черчению, М., Машиностроение, 1989г., с.416.
33. Чернавский С.А. Курсовые проектирования деталей машин. М. Машиностроение, 1988г., с.416.
34. Чернавский С.А. и др. Проектирование механических передач, М., Машиностроение, 1973г., с.562.
35. Шувалов В.В., Огаджанов Г.А., Голубятников В.А. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. М., Химия, 1991г., с.500.
36. Юдин Е.Я. и др. “Борьба с шумом в производстве”. Справочник, М., Машиностроение, 1985г., с.400.
37. Якушев А.И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. М. Машиностроение, 1985г., с.326.

Чертежи:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Скачать: kakao-vibromelnica.rar