Аппаратов пищевых производств

АППАРАТОВ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Часть 1. «ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МАШИН»

Учебно-практическое пособие

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

                                                                                                Стр.

Введение……………………………………………………..………4

1. Общие вопросы анализа и синтеза машин…………..…………5

Классификация производственного оборудования…………..6

Вопросы для самоконтроля по теме……………………...8

Тесты по теме.……………………………………………...9

2. Циклические машины – автоматы……..………………………..9

Основные циклы машин – автоматов.………………………...10

Классификация циклических машин – автоматов….………..12

Машины – автоматы 1-го класса…………………….………..13

Расчет основных циклов машин – автоматов 1-го класса…...13

Машины 1-А класса с последовательным выполнением

операций………………………………………………………..14

Машины 1-Б класса с частичным совмещением операций…14

Машины 1-В класса с полным совмещением операций…….15

Машины – автоматы П класса………………………………...17

Машины – автоматы Ш класса………………………………..19

Машины – автоматы Ш-А класса……………………………..19

Машины – автоматы Ш-Б класса……………………………...20

Вопросы для самоконтроля по теме……………………22

Тесты по теме………………………………………….....22

3. Синхронизация движения рабочих органов машин…..………..23

Циклограммы интервалов………………………………………23

Циклограммы абсолютных перемещений (синхрограммы)….25

Вопросы для самоконтроля по теме……………………..26

Тесты по теме……………………………………………..26

4. Законы движения рабочих органов……………………………...26

Вопросы для самоконтроля по теме……………………..28

Тесты по теме…………………………………………......28

5. Процедура синхронизации движений рабочих органов машин.29

Вопросы для самоконтроля по теме……………………..32

Тесты по теме…………………………………………......32

6. Основные исполнительные механизмы машин – автоматов…..33

Базисные механизм……………………………………………...33

Кулачково-рычажные механизм………………………………..34

Основные законы движения кулачковых механизмов………..35

Кривошипно-ползунный механизм………………………….....38

Четырехзвенный рычажно-шарнирный механизм…………….42

Кулисный механизм……………………………………………..43

Механизмы для получения движения в одну сторону с

остановками..…………………………………………………….46

Механизм мальтийского креста………………………..…….46

Основные кинематические зависимости механизма…..…...48

Вопросы для самоконтроля по теме…………………..51

Тесты по теме…………………………………………...52

Вопросы к зачету……………………………………………….53

Список рекомендуемой литературы…………………………..54

Ответы на тесты………………………………………………...54

    

 

ВВЕДЕНИЕ

В состав пищевой промышленности входит около 30000 предпри­ятий. Она является важным звеном в экономике страны. От уровня ее развития во многом зависит материальное благосостояние и здоровье населения.

За последние годы в результате мирового технического прог­ресса было создано много высокопроизводительных машин, механизи­рованных и автоматизированных поточных линий, обеспечивающих выпуск качественной продукции.

Задачи на перспективу предусматривают значительный подъем материального и культурного уровня жизни населения России на ос­нове высоких темпов производства и увеличения его эффективности, в частности, путем повышения производительнос­ти труда.

Для решения этой задачи необходимо заменить ручной труд ма­шинным, модернизировать существующие конструкции машин и аппара­тов, создавать системы машин для комплексной механизация и авто­матизации, снижения материалоемкости производства, интенсифициро­вать технологические процессы.

Сложность современной техники пищевой промышленности и зада­ча ее научно-технического прогресса требуют подготовки квалифици­рованных инженеров-механиков широкого профиля, способных творчес­ки осваивать современную технику.

Пищевая промышленность имеет большое число самостоятельных подотраслей. Сырье и полуфабрикаты часто имеют резко отличающиеся друг от друга физико-химические свойства. Поэтому и машины пище­вой промышленности имеют много типов и разновидностей.

Квалифицированный инженер-механик пищевых производств должен, кроме глубокого знания оборудования своей отрасли, быть хорошо знаком с машинами и аппаратами других отраслей промышленности.

Для подготовки инженеров высокой квалификации на механичес­ких факультетах вузов пищевой промышленности предусмотрены два профилирующих курса:

1) общеспециальный курс "Расчет и конструирование машин и аппаратов";

2) специальные курсы технологического оборудования отдельных отраслей пищевой промышленности..

В курсе "Расчет и конструирование машин и аппаратов" рассматривается оборудование, применяемое в различных отраслях пищевой промышленности, но принципиально не различающееся между собой. Расчетная часть этого курса базируется на фундаментальных общетехнических дисцип­линах: математике и физике, теоретической механике и теории механизмов и машин, сопротивлении материалов и деталей машин, теплотехнике и процессов и аппаратов пищевых производств. Знание основ упомянутых дисциплин необходимо для понимания рассматриваемого курса.

Для изучения курса студентам предлагается, в качестве основ­ного, учебник под редакцией проф. Соколова А.Я. "Основы расчета и конструирования машин и автоматов пищевых производств". - М.:

Машиностроение, 1969. В методических указаниях приведена необ­ходимая дополнительная литература.

Опыт показал, что самостоятельное изучение курса у некото­рых студентов вызывает затруднение. Поэтому в помощь студентам кафедра "Пищевые машины" подготовила учебные пособия по отдель­ным разделам курса. Эти пособия являются лишь основной канвой курса. Поэтому студенты обязательно должны изучать курс по программе и учебнику.

I. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА МАШИН

Настоящий раздел учебного пособия посвящен основам проекти­рования машин - автоматов, широко применяющихся в различных отраслях пищевой промышленности. Изучение этого раздела курса достаточно по основному учебнику. Для студентов, интересующихся этими вопросами шире, в конце приведен список дополнительной литературы.

Перед инженером-механиком обычно встают две главные технические задачи. Первая заключается в том, чтобы правильно смонтировать, наладить, установить правильный режим работы существующей машины и добиться максимально-возможных количественных и качественных показателей ее работы. Решение этой задачи свя­зано с изучением и анализом конструкции и работы машины. Вторая задача заключается в рациональном создании - синтезе новой маши­ны, отвечающей заданной технологической цели при конкретныхзаданных производственных условиях.

      Научное проектирование или синтез машин должно основываться на знании теории машин и технологии, для которой проектируется машина, и на широте технического кругозора конструктора. Знаком­ство с элементами машин смежных отраслей производства, изучение отдельных механизмов и законов их согласованной работы предотвратит при проектировании повторное решение уже решенных задач.

Конструктор должен использовать опыт проектирования подоб­ных машин в смежных отраслях, а также опыт работы передовых отечественных и зарубежных производств.

Классификация производственного оборудования

Все оборудование на промышленных предприятиях разделяется на следующие основные виды по своему назначению:

Энергетическое - это двигатели и другие машины и аппараты, предназначенные для преобразования энергии в направлении необходимом для работы производства.

Транспортное - это машины и другие устройства, предназначенные для перемещения сырья, полуфабрикатов, изделий производства и других объектов промышленной деятельности.

Контрольно - управляющее, необходимое для системной организации производственного цикла и поддержания его параметров на оптимальном уровне.

Счетно-вычислительное в сочетании с программными продуктами предназначенное для статистической обработки производственных показателей

Технологическое - это машины и аппараты, выполняющие определенные производственные функции, направленные на получение желаемого результата.

В настоящем пособии подробно рассмотрены принципы построения и функционирования лишь последнего – технологического оборудования.

Технологическое оборудование можно разделить на группы по ряду признаков:

- по роду выполняемых операций его можно разделить на машины и аппараты. Машины выполняют операции связанные, в основном, с механическим воздействием на изделие при помощи рабочих органов, приводимых в движение исполнительными механизмами. Аппараты выполняют операции связанные, в основном, с тепломассобменными и биохимическими процессами;

- по характеру производственного цикла технологические машины разделяются на два основных типа:

машины непрерывно-поточные (непрерывного действия);

машины циклические (периодическогодействия).

 

Непрерывно-поточные машины выпускают нештучную продукцию. Они обрабатывают продукт в потоке, например, шнековый формующий пресс или вальцовые мельницы.

Теоре­тическая производительность - П, кг/ч этих машин рассчитывается по уравнению расхода продукта проходящего с определенной скоростью – V, м/счерез поперечное сечение канала площадью – F, м².

П = 3600 × V × f × r × j                           (1.1)

где   r - плотность продукта, кг/м³;

   j - коэффициент подачи, который зависит от заполнения поперечного сечения канала продуктом и равномерности скорости его в этом сечении.

 

Циклические машины выпускают штучную про­дукцию или обрабатывают отдельные порции продукта (автоматы для упаковки изделий, машины для укупоривания стеклотары и т.д.). Производительность этих машин зависит от времени выдачи единицы готовой продукции и рассматривается ниже.

По степени автоматизации технологические машины делятся на следующие группы:

простые машины (не автоматы), в которых выполняются только основные технологические операции. Эти машины полностью управляются человеком;

полуавтоматические машины (полуавтоматы), в которых автоматически выполняются лишь основные рабочие технологические операции. Заг­рузка и разгрузка машины, пуск и остановка, регулирование и наблюдение остаются ручными;

автоматические машины (автоматы), в которых заранее установленные последовательность и режим операций выполняются без вмешательства человека. В автоматах все технологические операции, в том числе загрузка и разгрузка, остановка при отсутствии нормальных условий функционирования и последующий запуск при наличии этих условий выполняются автоматически.

 По конструкции автоматы разделяются также на простые и рефлекторные,т.е. самонастраивающиеся. В простых автоматах процесс выполняется автоматически на стандартных объектах. В реф­лекторных - рабочие органы и режим работы автоматически настраива­ются по свойствам обрабатываемого объекта.

Рабочая или технологическая машина осуществляет технологический процесс обработки какого-либо объекта с целью желаемого изменения его свойств.

Технологический процесс обычно разделяется на ряд рабочих операций, к которым относятся: основные технологические операции (обработка объекта), транспортные (перемещение объектов), контролирующие и установочно-съемочные.

В состав технологической машины обычно входят:

· устройство энергопитания в виде электродвигателя, насосной установки, пневмопривода и т.п.;

· рабочие органы - инструменты или детали, входящие в непосредственное соприкосновение с обрабатываемым объектом и совершающие механическую работу по преодолению технологических сопро­тивлений;

· исполнительные механизмы, осуществляющие движение рабочих органов по заданным законам;

· трансмиссионные передачи, приводящие в движение ведущие звенья исполнительных механизмов;

· транспортирующие устройства, перемещающие объекты производства внутри машины;

· устройства для наладки, контроля и регулирования процесса.

 

Проектирование непрерывно-поточных машин имеет свои особенности, поэтому они рассматриваются в самостоятельном разделе курса

В настоящей работе рассмотрены основы расчета и проектирова­ния только циклических машин.

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ ПО ТЕМЕ

 

1. В чем принципиальная разница задач анализа и синтеза машин?

2. Назовите основные признаки и подразделения общей классификации машин.

3. Как получить формулу для расчета производительности машин непрерывного действия?

4. От каких факторов зависит производительность машин периодического действия?

Тесты по теме

1. В чем основная цель синтеза машин?

Показать назначение машины.

Спроектировать привод машины.

Спроектировать машину на заданное назначение.

Установить машину на производстве.

2. Какой признак положен в основу общей классификации машин?

Конструктивные особенности.

Назначение

Производительность

Ритм работы

3. Какое уравнение применимо для определения производительности машин непрерывного действия?

Расхода

Непрерывности производства

Расчета кинематики машин

Получения исходных данных

4. Какой цикл определяет производительность циклической машины?

Производственный

Кинематический

Технологический

Рабочий

 

 

ЦИКЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ-АВТОМАТЫ

Системы автоматизации

Циклические машины-автоматы пищевой промышленности создают­ся с различными системами автоматизации, основными из которых являются:

Механическая система автоматизации. Командным устройством -программоносителем в этой системе является кулачковый распределительный вал "РВ". Рабочие органы приводятся в движение или ку­лачковыми исполнительными механизмами, состоящими из профилированного кулачка и системы рычагов, либо другими исполнительными механизмами кривошипно-ползунными, кулисными и другими. За один оборот РВ все исполнительные механизмы совершают рабочий и холостой ход, выполняя рабочую операцию; иногда они могут иметь и выстой.

Гидравлическая система. В этой системе ко­мандным устройством и программоносителем являются либо электронный процессор, либо кулачки, закрепленные на распределительном валу. Кулачки РВ или сигналы от процессора управляют золотниками, которые открывают или закрывают подачу масла от насосов в испол­нительные гидроцилиндры, поршни которых приводят в движение рабо­чие органы.

Пневматическая система имеет устройства аналогичные гидравлической системе, но движение рабочих органов  осуществляется от магистрали сжатого воздуха при помощи пневмоцилиндров.                   

Электрическая система. В этой системе исполнительными механизмами являются индивидуальные электродвигатели (сервоприводы) или электромаг­нитные устройства. Управление ими осуществляется при помощи реле от процессора или контактов концевых выключателей.

Электронная система, в которой программоносителями могут быть компьютерные системы, запись на магнитной ленте или диске, наборное поле, фотоэлектрические устройства для слежения за конфигурацией детали и т.д.

Смешанная система, в которой используется комбинация выше рассмотренных систем, например, электромеханическая, электронно-пневматическая и т.п.

РАБОЧИХ ОРГАНОВ МАШИН

Ознакомиться с методикой построения циклограмм и расчетом совмещения операций можно на примере машины для закрытия двух клапанов картонного короба. На рис.10-а показан короб с раскрытыми клапа­нами, на рис.10-б – короб с закрытыми клапанами. Клапаны должны быть закрыты «внахлест».

                                

Рис.10. Схема машины для закрытия клапанов короба

Сначала следует закрыть правый клапан, затем – левый.

     Предназначенная для выполнения этой технологической операции машина (рис.10-в) состоит из двух рычагов1 и 2, совершающих повороты на угол 90⁰ над горизонтальным транспортером 3.   

Транспортер 3 движется периодически с остановками, подавая короб на рабо­чую позицию. После остановки транспортера рычаг 1, поворачиваясь на 90⁰, закрывает правый кла­пан короба и возвращается в исходное положение. После этого рычаг 2 закрывает левый клапан короба и возвращается назад в исходное положение. Затем транспортер 3 выводит первый короб с рабочей по­зиции и подает на нее следующий короб.

В этой машине имеется только одна рабочая позиция, т.е. она является однопозиционной машиной I класса. Транспортер 3 здесь является устройством, механизирующим подачу короба на рабочую позицию для обработки и удаление с нее закрытого короба.

Циклограмма интервалов времени машины показана на рис. 11-а, а синхрограмма – на рис. 11-б. Для простоты изображения условно при­нят закон движения рабочих органов с постоянной скоростью. График 1 показывает поворот рычага 1 (ОА – рабочий ход вперед за время t_p1, АВ – холостой ход назад за время t_x1); график 2 описывает поворот рычага 2 (ВС – рабочий ход вперед за время t_p2, СД - хо­лостой ход назад за время t_x2) и график 3 показывает движение транспортера 3 вперед за время t_p3.

Отрезки времени t_2-1; t_3-2; t_1-3 – называют относительным фазовым смещением они показывают, через сколько времени начинает работать каждый последующий механизм по отношению к предыдущему.

Рабочий цикл машины - Т_р равный технологическому - Т_т и кинематическому - Т_к циклам машины определится как сумма этих времен:

                 Т_р = Т_т = Т_к = t_2-1 + t_3-2 + t_1-5                 (5.1)

Углы поворота распределительного вала j_2-1; j_3-2; j_1-3 соответствующие фазовым смещениям, называются относительными фа­зовыми углами, они показывают, на какой угол должен повернуться распределительный вал, чтобы началась работа следующего механизма.

При монтаже машины кулачки устанавливаются и заклиниваются на распределительном валу в соответствии с циклограммой по фазовым углам.

Для повышения производительности машины путем сокращения рабочего цикла можно совместить движение рычага 2 с движением рычага 1, так чтобы они не столкнулись. По циклограмме интервалов (рис.11- а) этого сделать нельзя, так как на ней не отмечены положения рычагов. Совмещение движения рычагов можно делать только по синхрограмме.

На схеме машины (рис.10- в) можно отметить точку а пересечения траекторий рычагов. Измерив угол j_а, соответствующий положению рычага 1 в точке а при его движении в интервале холостого хода назад, надо отложить его на синхрограмме и на графике АВ холостого хода рычага 1 найти точку а.

Для определения возможного совмещения движения рычагов 1 и 2 надо передвинуть влево гра­фики 2 и 3 так, чтобы линия графика рабочего хода ВС рычага 2 прошла несколько позднее точки а (рис. 11-в). Тогда этот график пересечет ось абсцисс в точке В' и определит новое фазовое смеще­ние t'_2-1 рычага 2, причем t'_2-1 < t_2-1. Следовательно, мы получим новый рабочий цикл Т_р', меньший, чем он был до совмещения движения:

                     Т_р' = Т_т' = Т_к' = t'_2-1 + t_3-2 + t_1-3 < Т_к                        (5.2)

 

Можно также начать движение транспортера 3 до того, как ры­чаг 2 придет в исходное положение, необходимо только чтобы короб не натолкнулся на рычаг 2 в точке b. Измерив угол j_в (рис. 10-в), соответствующей положению рычага 2 в точке возможного столкнове­ния b, надо отложить его на графике холостого хода С' - Д' рычага 2 (рис.11-в).

Затем сдвинуть график Д'- Е' транспортера влево так, чтобы он прошел несколько позднее точки b. График Д" - Е" отсечет на оси времени новое фазовое смещение t_3-2' меньше, чем бывшее ранее t_3-2. Рабочий цикл Т_р в этом случае опять сократиться и станет равным 

      Т_р"=Т_т"=Т_к"=t_2-1' + t_3-2' + t_1-3 < Т_р' < Т_р                    (5.8)

 

Рис.11. Циклограммы машины для закрытия клапановкороба

В целях дальнейшего сокращения кинематического цикла и повышения производительности машины можно совместить таким же образом поворот рычага 1 с движением транспортера: поворот можно начать до того, как транспортер остановится.

Полное совмещение рабочих органов, при которой Т_р был бы наименьший, в этой машине невозможно, так как рабочие органы и ко­роб могут столкнутьсяи, кроме того, клапаны для закрытия "вна­хлестку" не могут закрываться одновременно.

Единственным путем дальнейшего сокращения рабочего цикла является переход от однопозиционной машины к двухпозиционной, в которой рычаги 1 и 2 будут установлены на двух позициях последовательно друг за другой на расстоянии, равном шагу между коробами. В этом случае синхрограмма машины примет вид, показанный на рис.12. Работа рычагов 1 и 2 полностью совмещена, фазовое смещение t_2-1 стало равным нулю,и рабочий цикл - Т_р''' получился наименьший.

Из этого примера видно преимущество многопозиционных машин перед однопозиционными: в многопозиционных машинах отдельные

Рис.12. Синхрограмма двухпозиционной машины

операции выполняются одновременно, с полным совмещением, что позволяет получить наименьший рабочий цикл и, следовательно, наибольшую производительность машины.

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ ПО ТЕМЕ

 

1.Что требуется для осуществления процедуры синхронизации движения рабочих органов?

2. С какой целью осуществляется процедура синхронизации?

3. Как избежать столкновение рабочих органов при синхронизации их движения?

4. Как определяется точное положение рабочего органа?

ТЕСТЫ ПО ТЕМЕ

 

14. Какой документ необходим для осуществления процедуры синхронизации?

                  14.1. Синхрограмма

                  14.2. Циклограмма интервалов

                       14.3. Кинематическая схема

                       14.4. Сборочный чертеж

15. Как определить точку столкновения рабочих органов?

  15.1. По компоновочному чертежу

  15.2. По чертежу общего вида

  15.3. По сборочному чертежу

  15.4. По пересечению траекторий движения

16. В каком случае осуществляется полное совмещение движения рабочих органов машины?

16.1. В машинах 1-го класса

16.2. В многопозиционных машинах

16.3. При параллельном выполнении операций

16.4. При непрерывном движении изделий.

Базисные механизмы

Базисным  называется механизм, образованный веду­щим звеном распределительного вала - РВ и первой структурной группой исполнительного механизма.

На рис.13. показан исполнительный механизм для осуществления возвратно-поступательного движения рабочего органа - пуансона6, закрепленного на ползуне 5.

Рис. 13. Схема исполнительного механизма машины-автомата

При вращении кривошипа 1, установленного на распределительном валу РВ, движение от кривошипа через шатун 2 передается коромыслу 3, совершающему качательное движение. От него движение через тягу 4 передается ползуну 5. Этот механизм состоит из двух структурных групп:          1) - шатуна 2 и коромысла 3; 2) - тяги 4 и ползуна 5.

Базисным механизмом в данном случае является механизм, состо­ящий из ведущего звена – кривошипа 1 и первой структурной группы (2 и 3).

В пищевых машинах-автоматах встречаются следующие основные базисные механизмы.

Кулачково-рычажный механизм

Кулачковые механизмы имеют широчайшее распространение в автоматостроении благодаря тому, что с их помощью можно весьма просто решить задачу о воспроизведении даже самых сложных законов движе­ния рабочих органов. Характер движения рабочих органов в данном слу­чае зависит только от профиля кулачка.

Для большинства кулачковых механизмов характерно, что скорость движения ведомого звена непрерывно изменяется, а в начальные и конечные моменты возвращения и удаления звена она равняется нулю.

По схемам и конструктивному оформлению кулачковые механизмы весьма разнообразны (см. гл. XX учебника [1] и [2]). Кулачки могут иметь возвратно-поступательное и вращательное движение. Штанга-толкатель может двигаться возвратно-поступательно, а также иметь качательное движение. На рис.14а показан вращающийся с угловой скоростью w₁ кулачок 1, у которого радиусы плавно меняются от r_minдо r_max. Толкатель 2 получает возвратно-поступательное движение без выстоев, причем максимальный его ход равен S₀ = r_max – r_min.

 

 

 

Рис. 14. Схемы кулачковых механизмов

 

 

Толкатель 2¢ совершает качательное движение вокруг опоры 0 также без выстоев.

Для получения движения толкателя с выстоем кулачок должен иметь участок профиля с постоянным радиусом. Так, например, на рис. 6.2.б показан кулачок о выстоем толкателя в верхнем положении:

r_max = const на угле j_в.

Поскольку угловая скорость кулачка постоянна w₁ = constвремя поворота кулачка и движения толкателя пропорциональны углу поворота кулачка:

t_p = j_p / w₁ = 30 / pn × j_p; t_x = 30 / pn × j_x; t_в = 30 / pn × j_в   (6.2)

Следовательно, коэффициент срабатывания кулачкового меха­низма равен отношению углов поворота кулачка:

 

К = t_x / t_p = j_x / j_p или К = (t_x + t_в) / t_p = (j_x + j_в) / j_p       (6.3)

         (без выстоя)                           (с выстоем)

В кулачковых механизмах по желанию конструктора можно полу­чить практически любые коэффициенты срабатывания.

Методика профилирования кулачков рассматривается в курсе теории механизмов и машин. В данной работе рассмотрены только законы движения центра ролика кулачкового механизма.

 

Кулисный механизм

 

Кулисный механизм (рис.19) состоит из ведущего звена - вращающегося кривошипа О₁А радиусом r₁, связанного шарнирно с ползуном А, который может свободно скользить по ведомому звену – кулисе О₂В. При вращении кривошипа ползун, скользя по кулисе, заставляет ее совершать качательное движение на угол y. В крайних положениях кулиса располагается по касательной к окружности, описываемой точкой А, поэтому угол О₁АО₂ прямой, а угол холостого хода j_х будет всегда меньше угла рабочего хода j_р.

При помощи этого механизма можно получить возвратно-поступательное движение ползуна Д, если его соединить тягой с точкой В кулисы. Такой механизм применяется, например, для привода суппорта в поперечно-строгальном станке.

 

Рис. 19. Схема кулисного механизма.

 

                  Рассмотрим основные конструктивные и кинематические зависимости кулисного механизма. Одним из основных конструктивных параметров механизма является отношение межцентрового расстояния - l к радиусу кривошипа - r₁.

                                    l = l / r₁                                                           

  Из треугольника О₁АО₂ следует, что

                  l / r₁ = 1/ sin(y/2) = l,                                     (6.16)

а из треугольника О₂ВС следует, что

sin(y/2) = CB/O₂B = S_max/2 r₃.

Следовательно:

l = 2 r₃ / S_max; и S_max = 2 r₃ / l = 2 r₁ r₃ / l                     (6.17)

Из последней формулы видно, что путь ползуна S_max тем больше, чем больше радиус кривошипа r₁ или длина кулисы r₃ и тем меньше, чем больше межцентровое расстояние l. Для возможности изменения хода ползуна обычно механизм проектируют с регулируемой длиной кривошипа r₁. Задаваясь двумя конструктивными параметрами, по этой формуле можно определить третий.

Зная l, можно рассчитать углы рабочего j_р и холостого j_х ходов механизма: из треугольника О₁АО₂ следует, что cos(j_х/2) = r₁ / l = 1 /l, cледовательно:

j_х = 2 arccos(1/l) и j_p = 2 (p - arccos(1/l))                    (6.18)

Как и в кривошипно-ползунном механизме время холостого хода – t_x и рабочего хода - t_p будут пропорциональны соответствующим уг­лам j_х и j_р:

t_x = j_x / w = 30 j_x / (p n)   t_p = j_p / w = 30 j_p / (p n)

Следовательно, коэффициент срабатывания механизма будет также равен отношению этих углов

                     K = t_x / t_p = j_x / j_p

Практически в этих механизмах К = 0.6 – 0.8. Поскольку

  j_р + j_х = 2 p, а j_х = К × j_р , то

  j_р + К × j_р  = 2p   и  j_р (1 + К) = 2 p.

Отсюда найдем угол рабочего хода, выраженный через коэффициент срабатывания:

j_р  = 2 p / (К + 1), а также угол холостого хода j_х = 2 p К / (К + 1). (6.19)

Найдем зависимость угла качания кулисы - y_max от коэффициента срабатывания. Из треугольника О₁ АО₂ следует, что:

y_max / 2 = p / 2 - j_x /2, или y_max  = p - j_x.

Подставив сюда значения j_х из (6.19), получим:

                       y_max  = p (1 – K) / (1 + K),                        (6.20)          Для определения закона изменения угловой скорости коромысла и его углового ускорения рассмотрим механизм с промежуточным положением коромысла О₂В и будем отсчитывать углы от средней оси механизма: положение кривошипа определится углом j, коромысла – углом y.

Очевидно, что tg y = A¢K / KO₂ = r₁ sin j / (l – r₁ cos j) = sin j / (l - cos j),              И тогда y = arctg (sin j / (l - cos j))                       (6.21)

Угловая скорость  w₃ = dy / dt, т.е. в нашем случае угловая ско­рость холостого хода кулисы - w_3x, c ^–1 будет:

w_3x = dy / dt = (d/dt) · arctg(sin j / (l - cos j)) =

= - ω₁ (l cos j - 1)/(l² - 2λcos j + 1).                 (6.22)   

              Здесь ω₁ = dφ/dt – угловая скорость кривошипа, а знак минус показывает, что w_3x противоположна ω₁ .

Угловая скорость холостого хода будет максимальна при φ = 0

(среднее положение кулисы).

                                    [w_3x ]_max = ω₁ /(λ – 1).                          (6.23)

Для рабочего хода коромысла аналогичным образом можно получить:

w_3x = ω₁ (l cos j - 1) / (l² - 2λcos j + 1).               (6.22)

Поскольку эта скоросгь будет максимальна также в среднем положении (при φ = π), то:

                       [w_3x ]_max = ω₁ /(λ + 1).                           (6.23)

Точка В кулисы будет обладать максимальной линейной скоростью в среднем положении кулисы при ее холостом ходе:

[v_вх ]_max = [w_3x ]_max · r₃ = - ω₁· r₃ /(λ – 1).                    (6.24)

Для получения закона изменения углового ускорения - ε₃ , рад/с² во время рабочего хода кулисы продифференцируем уравнение(6.22):

ε_3р = dω_3p /dt = ω₁² λ (λ² – 1) · sin φ / (l² - 2λcos j + 1)² .   (6.25)

Таким образом, по конструктивному параметру λ = L / r₁, пользуясь формулой (6.21), можно рассчитать угловое перемещение – ψ кулисы и построить синхрограмму. Тот же параметр позволяет определить угловые скорости – ω₃ и ускорения – ε₃ кулисы при любой угловой скорости кривошипа в любом его положении, определяемым углом поворота – φ.

 

ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ

 по курсу «Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств»

 

1. Задачи анализа и синтеза машин.

2. Общая классификация машин, основные признаки и подразделения.

3. Производительность машин непрерывного и периодического действия.

4. Классификация циклических машин, основные циклы и классы.

5. Машины-автоматы I-го класса, их разновидности, схемы и основные циклы

6. Машины-автоматы II-го класса, их разновидности, схемы и основные циклы

7. Машины-автоматы III-го класса, их разновидности, схемы и основные циклы

8. Основные виды циклограмм и методы их построения.

9. Синхронизация движения рабочих органов машин-автоматов.

10. В чем преимущество синхрограмм перед циклограммами интервалов?

11. Что понимают под законами движения рабочих органов?

12. Базисные механизмы машин-автоматов, определение и примеры.

13. Общие кинематические зависимости базисных механизмов.

14. Кривошипно-ползунный механизм, схема, законы движения ползуна, синхрограмма.

15. Кулисный механизм, схема, законы движения кулисы, синхрограмма.

16. Четырехзвенный механизм, схема, теорема Грасгофа, синхрограмма.

17. Механизм мальтийского креста, схема, законы движения креста, синхрограмма.

18. Кулачковые механизмы, схемы, основные законы движения центра ролика.

19. Метод построения профиля кулачка на заданные законы движения рабочего органа.

 

 

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Основы расчета и конструирования машин и автоматов пищевых производств. Под ред. Соколова А.Я. – М.: Машиностроение, 1969. – 639 с.

2. Артоболевский И.И. Теория Механизмов. – М.: Наука, 1979. – 640 с.

3. Белецкий В.Я. и др. Машины-автоматы и автоматические линии пищевой промышленности. – Киев: Техника, 1967. – 175 с.

4. Гернет М.М. Курс теоретической механики. – М.: Высшая школа, 1981.

5. Лунин О.Г. Поточные линии кондитерской промышленности. – М.: Пищевая промышленность, 1970. – 380 с.

6. Лунин О.Г., Вельтищев В.Н. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств. Курс лекций. – М.: ВЗИПП, 1976. – 170 с.

7. Островский Э.В., Эйдельман Е.В. Краткий справочник конструктора продовольственных машин. – М.: Машиностроение, 1972.

8. Соколов А.Я. Транспортирующие и перегрузочные машины для комплексной механизации пищевых производств. – М.: Пищевая промышленность, 1964. – 759 с.

9. Харламов С.В. Конструирование технологических машин и аппаратов. Изд-во Ленинградского университета, 1974. – 272 с.

10. Шувалов В.Н. Машины-автоматы и поточные линии. – Л.: Машиностроение, 1973. – 543 с.

 

 

ОТВЕТЫ НА ТЕСТЫ

 

1.– 1.3; 2. – 2.2; 3. – 3.1; 4. – 4.4;

5. – 5.3; 6. – 6.1; 7. – 7.3;

8. – 8.3; 9. – 9.2; 10. – 10.3;

11. – 11.4; 12. – 12.5; 13. – 13.3;

14. – 14.1; 15. – 15.4; 16. – 16.2;

17. – 17.3; 18. – 18.1; 19. – 19.2; 20. – 20.3

 

АППАРАТОВ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Часть 1. «ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МАШИН»

Учебно-практическое пособие

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

                                                                                                Стр.

Введение……………………………………………………..………4

1. Общие вопросы анализа и синтеза машин…………..…………5

Классификация производственного оборудования…………..6

Вопросы для самоконтроля по теме……………………...8

Тесты по теме.……………………………………………...9

2. Циклические машины – автоматы……..………………