ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ КЕРЧЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра машин и аппаратов пищевых производств
Курсовой проект Курсовой проект
допущен к защите защищен с оценкой
«____» _____________ ___________________
___________________ ___________________
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По дисциплине «Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств»
на тему:
«Конструирование машины головоотсекающей роторного типа для пиленгаса»
Выполнил
Студент группы _____________
____________________________
шифр_______________________
«____»_________________20__г.
г. Керчь, 2023 г
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ КЕРЧЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра машин и аппаратов пищевых производств
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
По дисциплине «Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств»
на тему:
«Конструирование машины головоотсекающей роторного типа для пиленгаса»
Выполнил
Студент группы _____________
____________________________
шифр_______________________
«____»_________________20__г.
г. Керчь, 2023 г
Задание на курсовое проектирование
по дисциплине «Расчет и конструирование
машин и аппаратов пищевых производств»
Выдано: студенту гр.МА-4
Вариант и тема курсового проекта: «Конструирование машины головоотсекающей роторного типа для пиленгаса»
Задание: Спроектировать головоотсекающую машину роторного типа для пиленгаса производительностью Q=45 рыб/мин (скорость подачи 0,5 м/с). Загрузка рыбы ручная. Энергоснабжение от сети переменного тока напряжением 380/220В. Вода от городского водопровода.
Графическая часть курсового проекта:
- чертежа общего вида машины - формат А1
- чертеж сборочного узла - формат А1
- рабочие чертежи деталей:
______________________
______________________
______________________
______________________
Срок сдачи курсового проекта по графику учебного процесса группы ______
«______»__________20___г.
Задание выдал ст.препод. Степанов Д.В.
Содержание
Введение 8
1Обзорно-аналитическая часть 9
1.1Описание сырья 9
1.2Обзор конструкций технологического оборудования 11
2Конструкторская часть 18
2.1Описание конструкции разрабатываемого оборудования 18
2.2Технологический расчет 20
2.3Расчет мощности привода 21
2.4Кинематический расчет 23
2.5Прочностной расчет 23
2.5.1Проектный расчет ножевого вала 23
2.5.2Определение усилий на ножевом валу 24
2.5.3Определение крутящего момента на ножевом валу 25
2.5.4Определение усилий в районе крепления шкива 26
2.5.5Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов 26
2.5.6Построение эпюры крутящих моментов 28
2.5.7Проверочный расчет вала 28
2.5.8Расчет подшипников 29
2.5.9Расчет ременной передачи 29
2.5.10Расчет шпоночного соединения 30
2.5.11Выбор уплотнения подвижных соединений 31
2.6Выбор конструкционных материалов аппарата 31
3Техника безопасности 34
Заключение 35
Список использованной литературы 36
Введение
Разделка рыбы — один из наиболее трудоемких процессов в рыбообрабатывающем производстве. В зависимости от характера выполняемых технологических операций различают машины для очистки чешуи, срезки плавников, обезглавливания, порционирования, потрошения рыбы, а также для разделки рыбы на филе.
В конструктивном отношении эти машины можно разделить на однооперационные, выполняющие только одну из операций, связанных с разделкой рыбы, и многооперационные, выполняющие несколько технологических операций.
Недостатком существующих рыборазделочных машин является отсутствие у них устройств для автоматической загрузки рыбы. Такие устройства особенно необходимы при обработке мелкой рыбы, так как поштучная загрузка мелкой рыбы вручную резко снижает общую эффективность рыборазделочных машин.
Рабочим инструментом в рыборазделочных машинах являются главным образом дисковые ножи с гладкими, пильчатыми и фигурными режущими кромками. Реже применяют плоские и фигурные ножи.
Дисковые ножи с гладкими режущими кромками наиболее удобны в эксплуатации, однако для перерезания толстых и твердых костей рекомендуется применять дисковые ножи с пильчатой кромкой, так как нож с такой кромкой меньше зажимается в пропиле. Для обрезки плавников и вскрытия брюшной полости рыб также целесообразно применять дисковые ножи с пильчатой кромкой — они точнее фиксируют линию реза.
Обзорно-аналитическая часть
Описание сырья
Пиленгас (рис. 1) — средних размеров рыба, относящаяся к эвригалинным организмам (обладает способностью адаптироваться к жизни в воде с различным содержанием соли). Вид входит в семейство кефалевых рыб. Историческим ареалом являются морские акватории возле побережья Японии и юго-восточной части Азии. В прошлом столетии эта дальневосточная рыба была завезена на европейский континент, где прижилась и размножилась. В настоящее время в прибрежных водах Черного и Азовского морей обитают многочисленные популяции пиленгаса. Среда обитания его постоянно расширяется: преодолев проливы Босфор и Дарданеллы, вид распространился вплоть до Средиземного моря.
Рисунок 1 - Внешний вид пиленгаса
Нерестится в мае — июне в прибрежных участках залива Сиваш и солоноводных лиманах Черного моря. Икра, как и у всех кефалей, пелагическая, поэтому для нереста пиленгас выбирает участки с морской соленостью (32—35 промилле).
Питается преимущественно перифитоном, детритом, а также различными мелкими донными беспозвоночными. В Чёрном и Азовском море, лиманах и устьях рек питается также морскими червями нереисами, активно потребляет мертвую рыбу, крупные особи в Азовском и Черном море могут потреблять тюльку, хамсу, молодь бычка.
Рыба имеет важное промысловое значение и цениться за вкусное и полезное мясо. Форма тела пиленгаса удлиненная, цилиндрическая, с закругленной головой и вытянутым, плавно сужающимся хвостом.
Внешний вид пиленгаса имеет некоторые особенности:
боковая линия на теле отсутствует;
чешуйки гладкие и блестящие, на краю можно заметить темные пятнышки;
спинной плавник длинный и невысокий;
на голове находится несколько крупных чешуек;
рыба имеет только глоточные зубы.
Таблица 1 - Прочностные характеристики отдельных частей пиленгаса
| Вид рыбы | Удельные разрушающие нагрузки на срез (σmax) В Н/см; b=2; β=  | Усилие отрыва внутренностей, кг | Удельное допустимое давление на смятие мускульных тканей рыб Н/  | Удельное давление на мм деформации мускульной ткани  | ||||||||||
| Мясо | Кожа | Позвоночные кости | Плечевая кость | Плавники | Чешуя | Хвостовой плавник | Жабры, Н | Анус, Н | ||||||
| Пиленгас | 30 | 150 | 200 | 250 | 200 | 300 | 220 | 15-20 | 25 | 5,8 | 0,85 | |||
Таблица 2 - Линейные характеристики пиленгаса
| Вид рыбы | Размеры в см.(min-max) | Масса гр. | |||||||||||
| Общая длина | Длина головы | Длина хвоста | Длина брюшной полости | Толщина тушки | Высота тушки | Высота спинки | Толщина позвоночника | Толщина кожи (мм) | Толщина плавников | Толщина чешуи | | ||
| Пиленгас | 30-70 | 7-15 | 4,5-8 | 20-38 | 5-9 | 6-10 | 2,5-5 | 1-1,8 | 0,5-1,5 | 0,3-0,8 | 1,0-2,0 | 1500-4500 | |
Обзор конструкций технологического оборудования
При обезглавливании рыбы (рис. 2) рез может быть прямым, клинообразным, полукруглым и фигурным. Прямой рез может быть перпендикулярным к оси тела (I—I) или наклонным под некоторым углом (II—II). Клинообразный (III—III), фигурный (IV—IV) и полукруглый (V— V) резы более экономичны по отношению к прямому резу, так как с головой отходит минимальное количество мяса. Однако при производстве консервов и в кулинарии приголовный участок тела потом приходится отрезать, чтобы получить куски с ровными краями, имеющие лучший товарный вид и которые удобно укладывать в тару. По этой причине иногда выгоднее прямой рез.
Рисунок 2 – Схема обезглавливания рыбы
Способ обезглавливания рыб обусловливается породой обрабатываемой рыбы и видом вырабатываемой продукции.
Головоотсекающая машина с цилиндрическим ножом. Машина предназначена для отрезания голов у частиковых рыб всех промысловых размеров. Она состоит из головки 1 (рис. 3, а), стола 2, колонки 3, опоры стола 4, лотка 5 для отвода голов, цилиндрического ножа 6 и приемного бункера 7, в котором находится рыба, предназначенная для обработки.
Рабочим инструментом головки (рис. 3, 6) является цилиндрический нож 1, который в процессе работы машины, помимо вращательного, совершает возвратно-поступательное движение: сверху вниз (рабочий ход) и снизу вверх (холостой ход).
Рисунок 3 – Головоотсекающая машина с цилиндрическим ножом: а – общий вид; б – кинематическая схема; в – схема отрезания головы
Нож укреплен на нижнем конце шлицевого вала 2, получающего вращательное движение от электродвигателя 3 мощностью 0,6 кВт через пару цилиндрических шестерен 4 и полый шлицевой вал 7. Поступательное движение вала с ножом осуществляет пазовый кулачок 5, соединенный с валом через ролик 6, движущийся в пазу кулачка.
Пазовый кулачок периодически получает вращательное движение от вала 7 через шестерни 8—11, однооборотную муфту 12 и механизм включения, соединенный с ножной педалью 13.
Кулачковый механизм, узел цилиндрического ножа и узел механизма включения собраны в одном литом корпусе. Головка крепится к колонке 3 (см. рис. 3, а), являющейся опорой всей машины.
Между фланцем колонки и головкой расположен стол 14 (см. рис. 3,6) с матрицей 15, представляющей собой неподвижный цилиндрический нож. Кроме того, к столу прикреплен лоток, по которому отводятся головы, отделенные от тушек рыбы.
Цилиндрический нож — полый тонкостенный цилиндр с заостренной нижней кромкой, с зубцами. Подпружиненный конус 16 выталкивает головы из внутренней полости ножа и передает импульс на счетчик. Если под нож не подана рыба, то конус остается неподвижным, поэтому на счетчике отмечается не количество рабочих ходов ножа, а количество обработанной рыбы. Машина комплектуется тремя сменными ножами диаметром 120; 150 и 180 мм. При смене ножей одновременно заменяют матрицы 15.
Верхняя неподвижная часть муфты 12 жестко крепится к шестерне 11, нижняя часть представляет собой зубчатый торцевой венец с наклонным фланцем 17. Пружина 18 стремится поднять нижнюю часть муфты и соединить ее с верхней частью. Поскольку нижняя часть муфты соединена шпильками с кулачком 5, при сцеплении нижней части муфты с верхней кулачок начинает вращаться вместе с муфтой.
В процессе работы машины ролик 19 механизма включения совершает радиальное движение относительно оси кулачка. Когда ролик отводится от кулачка, он освобождает фланец 17 и в этот момент кулачок включается в работу. Сделав один оборот, кулачок вместе с муфтой выключается вследствие того, что ролик 19 возвращается в исходное положение, нажимает на фланец и опускает его вместе с нижней частью муфты. Таким образом, как кулачок, так и цилиндрический нож выключается в строго фиксированном положении.
Механизм включения состоит из ножной педали 13, тяги 20, штока 21 с Г-образной головкой, насаженной на ось 22 пружины штока 23, собачки 24 с пружиной 25, рычага 26 пружины 27, фиксатора 28, регулировочного болта 29 и оси 30.
Работа механизма включения и его синхронизация с работой муфты включения осуществляется в следующей последовательности: при нажатии на педаль тяга 20 и шток 21 опускаются; при этом регулировочный болт 29 нажимает на нижнее плечо собачки 24, которая начинает поворачиваться вокруг оси 22, одновременно собачка нажимает на палец рычага 26 и поворачивает рычаг вокруг оси 30. При этом ролик 19 перемещается вправо и сходит с плоскости наклонного фланца 17. В этот момент пружина 18 включает кулачок 5, поднимая нижнюю часть муфты включения и соединяя ее с верхней частью муфты и шестерней 11.
При верхнем положении педали собачка разобщается с пальцем рычага 26, что достигается положением болта 29, регулирующего угол поворота собачки. В результате этого рычаг 26 пружиной 27 поворачивается в исходное положение и ролик 19, прижимаясь к оси кулачками, также становится в исходное положение.
Наклонная часть фланца 17 оказывается под роликом, который начинает нажимать на фланец и разобщает муфту с шестерней 11. Фиксатор 28 фиксирует нижнюю часть муфты с концом рычага, поворачивающегося вокруг оси 30.
Колонка 3 (см. рис. 3, а) представляет собой трубу, покоящуюся на чугунной плите, к которой шарнирно прикреплен рычаг педали механизма включения.
Рыбу поштучно из приемного бункера машины вручную подают под цилиндрический нож. Линия реза (рис. 3, в) фиксируется по линии жаберных крышек путем совмещения их с краем матрицы (неподвижного ножа). Нажимая на педаль, включают кулачок; цилиндрический вращающийся нож опускается и отрезает голову от тушки рыбы. Голова по лотку 5 (см. рис. 52, а) отводится от машины, а тушку вручную снимают со стола машины и подают на последующую обработку.
Производительность машины до 30 рыб в минуту, максимальное число ходов ножа 100, частота вращения ножа около 1000 об/мин, окружная скорость ножа 6,3—9,5 м/с, мощность электродвигателя 0,6 кВт. Габариты машины 1510×400×1800 мм, общая масса 140 кг.
Головоотсекающая машина с дисковым ножом. Машина (рис. 4) предназначена для отрезания прямым резом голов средних и крупных рыб (длиной до 750 мм) без предварительной рассортировки их по размерам.
Рисунок 4 – Головоотсекающая машина с дисковым ножом
На сварной станине 1 вдоль верхней наклонной плоскости ее смонтирован цепной транспортер 2, все пять линий которого снабжены вертикальными упорами 3, обеспечивающими подачу рыбы к дисковому ножу 4, насаженному на вал 5. Упоры расположены вдоль цепей на одинаковом расстоянии один от другого. Все линии транспортера утоплены в направляющих планках. Таким образом, при движении к дисковому ножу рыба лежит на направляющих планках и подается к нему вертикальными упорами. Линия отделения головы от тушки при нахождении рыбы на цепном транспортере фиксируется с помощью контрольной риски 6.
Дисковый нож и цепной транспортер приводятся в движение от трансмиссии или индивидуального электродвигателя через плоскоременную передачу, шкив 7 и систему цепных передач 8. Приводной механизм снабжен фрикционной муфтой 9, позволяющей по мере надобности включать дисковый нож и цепной транспортер. Положение вертикальных упоров между параллельными линиями цепей регулируют путем поворотов ведущих и ведомых звездочек на валах 10 и 11 транспортера. В целях обеспечения безопасности работы дисковый нож закрывают кожухом 12.
Рабочий процесс состоит в следующем: с помощью фрикционной муфты 9 рабочий включает машину, после чего поштучно укладывает рыбу на цепной транспортер 2 головой к себе, спинкой к дисковому ножу; путем совмещения основания жаберных крышек с контрольной риской 6 фиксирует линию отделения головы от тушки. Рыба, уложенная поперек цепного транспортера, захватывается вертикальными упорами 3 и подается по наклонной плоскости к дисковому ножу.
Отрезанная голова через спускное окно 13 падает вниз, а тушка выносится упорами до вала приводных звездочек и сбрасывается с транспортера.
Производительность до 60 рыб в минуту, мощность электродвигателя 0,8 кВт, скорость движения цепного транспортера 0,4 м/с, диаметр дискового ножа 320 мм. Габариты машины 1000×800×1000 мм, общая масса около 150 кг.
Головоотсекающий стол (рис. 5, а) представляет собой чугунную раму 1, один конец которой крепится к станине, а второй покоится на двух стойках 2. Поперек стола в двух подшипниках укреплен приводной вал 3, на котором расположены четыре звездочки 4 цепных транспортеров 5 и пять двухлопастных пальцев 6. Один из этих пальцев 7 является фасонным и на концах его имеются фигурные щели, позволяющие проходить через плоскость головоотсекающего ножа 8.
Помимо четырех основных цепей транспортера, стол оборудован пятой цепью, обеспечивающей правильную подачу головы рыбы к пальцам головоотсекающего ножа. Над приводным валом укреплен кронштейн 9, который придает рыбе определенное направление в процессе ее обезглавливания.
Рисунок 5 - Головоотсекающий стол: а — общий вид; б — головоотсекающий нож
Цепи транспортера снабжены шпильками 10, с помощью которых рыба подается к ножу. Рабочее положение контрольной цепи 11 должно соответствовать положению, при котором очередная шпилька ее опускалась бы в прорезь 12 зеркала стола. Добиваются этого путем смещения ведущей звездочки контрольной цепи относительно ее ступицы. На остальных четырех цепях звенья с выступающими шпильками вместе со шпилькой на контрольной цепи должны располагаться по контуру рыбы. Положение цепей регулируют аналогичным способом.
На столе неподвижно укреплен чугунный держатель, к которому болтами плотно прикреплен головоотсекающий нож (рис. 5, 6); режущая кромка ножа имеет кривой профиль и расположена выше уровня цепей транспортера.
Конструкторская часть
Описание конструкции разрабатываемого оборудования
В данном курсовом проекте необходимо сконструировать машину для отсечения голов рыб роторного типа. Данный принцип работы механизма реализован в машине для порционной резки тушек. Машина (рис. 6) предназначена для резки тушек рыбы на равные по длине куски. Она состоит из станины, загрузочного механизма, привода и дисковых ножей, укрепленных на валу.
Рисунок 6 - Порционирующая машина роторного типа: а — общий вид; б — кинематическая схема; я — схема резки тушки
Все узлы машины смонтированы на станине 1, представляющей собой сварную конструкцию из углового железа. На верхней плоскости станины укреплены два подшипника, в которых покоится вал 2 дисковых ножей 3, закрытый сверху кожухом. Под ножами расположен загрузочный механизм 4, предназначенный для подачи тушек к ножам и состоящий из горизонтального вала и набора дисковых шестилопастных ковшей. Между ковшами предусмотрены прорези для прохода дисковых ножей.
Для подачи тушек рыбы в ковши загрузочного механизма, а также для отвода нарезанных кусков рыбы от машины служат наклонные лотки 5, 6. Специальные съемники 7 предназначены для съема кусков рыбы, случайно затянутых ножами.
Вал дисковых ножей и вал загрузочного механизма приводятся в движение от индивидуального электродвигателя 8 через клиноременную передачу 9 и цилиндрический шестеренчатый редуктор 10. Для резки тушек на куски различной длины (26, 40, 61 мм) вал дисковых ножей и загрузочный механизм сделаны сменными.
Дисковые ножи, а также лоток в процессе работы непрерывно орошаются водой. Дисковые ножи необходимо точить через 50—60 ч работы рыборезки.
Предварительно вымытые тушки рыбы укладывают поперек наклонного загрузочного лотка 5, совмещая головную часть рыбы с одной из внутренних боковых стенок лотка, что обеспечивает нормальную длину приголовного куска. Пройдя дисковые ножи, куски рыбы падают на разгрузочный лоток 6, откуда самотеком выходят из машины.
Производительность машины до 2,5 т/ч, мощность электродвигателя 3,0 кВт, частота вращения ножей 625 об/мин, частота вращения вала механизма загрузки 10 об/мин, диаметр дисковых ножей 420 мм, максимальный размер обрабатываемых рыбных тушек 520 мм, расстояние между ножами (в мм) для банок: № 3—26, № 8—48, № 12—61. Габариты машины 1095×1000×1660 мм, масса 700 кг.
Производительность машины G (кг/ч) можно определить из выражения:
G = 60nzg,
где n — частота вращения питателя, об/мин;
z — число лопастей в питателей;
g — штучная масса рыбы, кг.
Если принять, что n = 10; z = 6; g = 1,0 кг, то
G = 60∙10∙6∙1,0 = 3600 кг/ч.
Отличие разрабатываемой конструкции от прототипа заключается в количестве ножей. Для отсечения головы необходим один нож, в отличие от одновременного разделения тушки на несколько частей.
Технологический расчет
Для отсечения головы используется дисковый нож, диаметр которого определяется по формуле:
D = 2·(h + r + c),
где D – диаметр ножа, мм;
h – толщина тушки, мм;
r – радиус крепежных деталей, мм;
с – зазор между крепежными деталями и разрезаемым материалом.
D = 2·(90 + 80+ 10) = 360 мм.
Рекомендуются следующие конструктивные параметры дискового ножа:
α = 7÷10° – угол односторонней заточки;
b = 2÷ 3 мм – толщина ножа.
Материалом для ножа служит сталь 95Х18.
Принимаем угол заточки α = 8°, толщину ножа b = 3 мм.
Отрезаемая часть рыбы (голова) не удерживается в захватах, следовательно трение учитывают только с одной стороны ножа. Для расчета потери мощности на трение следует предварительно вычислить площадь трения ножа о боковую поверхность рыбы, которая определяется графическим построением касания ножа с телом рыбы, и вычисляется по формуле кругового сегмента:
,где R – радиус ножа, R = 18 см;
α – угол сегмента.
Угол α находим графическим построением сегмента касания тела рыбы с плоскостью ножа в процессе резания (рис. 7).
Рисунок 7 – Схема определения площади контакта ножа и разрезаемой поверхности тела рыбы
Угол сегмента α = 120°.
.Расчет мощности привода
Потери мощности на трение определяют по формуле:
,где σсм – удельное давление на смятие тела рыбы при его деформации на 1 мм, кг/см2·мм;
f – коэффициент трения ножа о тело рыбы в сечении реза, (f = 0,15÷0,20);
Vр – скорость резания (окружная скорость режущей кромки ножа Vр = 10÷15м/с);
λ - деформация тела рыбы при резании, мм;
F – площадь трения, см2.
Величина деформации тела рыбы λ определяется как половина толщины ножа.
.
Расчет мощности на резание производится с помощью формулы чистого резания:
,где σ – удельное сопротивление на резание отдельных частей тела рыбы, кг/см;
h – толщина прорезаемых участков тела рыбы в сечении реза, см;
Vn – скорость подачи рыбы под нож, см/с .
При ручной подаче Vn = 0,3÷0,5 см/с.
.Общая затрачиваемая мощность на резание и трение:
Nоб = Nр + Nтр= 237,2 + 4151,4 = 4388,6 Вт.
Учитывая КПД привода ηпр = 0,8÷0,9, получим необходимую мощность для выбора двигателя.
.Кинематический расчет
По скорости резания и радиусу ножа определяем обороты ножевого вала:
,где Vр – окружная скорость на режущей кромке ножа, м/с;
Rн – радиус ножа.
Прочностной расчет
Проектный расчет ножевого вала
Расчёт ведем из условия постоянной нагрузки при небольших изгибающих моментах для стали Ст-5, Ст-6 и 45 при σв=36 кг/мм2 по формуле:
, где N – мощность на ножевом валу, N = 4,4 кВт;
n – число оборотов ножевого вала, об/мин, n = 637 об./мин;
12…15 – коэффициент нагрузки, учитывающий сумму крутящих и изгибающих моментов (т.е. условия работы).
Принимаем диаметр вала в опасном сечении 25 мм.
Окружное усилие резания на режущей кромке ножа определяется из условия известной мощности Nоб и окружной скорости Vр для вращающегося диска и определяется по формуле:
,где Pτ – окружное усилие, Н;
Vр – окружная скорость, Vр = 12 м/с
Зная угол αо (рис. 7) между вертикалью и направлением ножа к средней линии толщины прорезаемого материала в точке касания материала с режущей кромкой ножа можно определить силу нормального давления на вал в районе крепления ножа по формуле:
,где Рн – нормальная сила давления на вал, Н
Рτ – окружная сила давления на вал, Н
αо – угол между вертикалью и направлением ножа к средней линии толщины прорезаемого материала
, где h – величина прорезаемого участка, h = 90 мм
Рисунок 8 - Схема определения сил, действующих на нож, при резании
рыбы вращающимся дисковым ножом
Геометрически сложив окружное и нормальное усилие на каждом ноже, получим общее усилие по формуле:
,где Роб – общее усилие, Н;
Рτ – окружное усилие, Рτ = 366 Н;
Рн – нормальное усилие, Рн = 323 Н
Определение крутящего момента на ножевом валу
Зная окружное усилие Рτ, крутящий момент можно определить по формуле:
,где Рτ – окружное усилие, Н;
Rн – радиус ножа, м
Определение усилий в районе крепления шкива
Усилие в районе крепления шкива определяется по формуле:
,где Мкр – крутящий момент с учетом потерь в подшипниках,
Мкр = 65,88 Н∙м
Rш – радиус шкива, м
Диаметр шкива выбирается из условия скорости ремня и мощности привода: сечение ремня А, расчетный диаметр шкива 112 мм, передаваемая мощность 4,4 кВт, тогда расчетная скорость шкива:
,где n – число оборотов шкива в минуту, n = 1116 об./мин
Rш – радиус шкива, Rш = 0,056 м
Для скорости 7 м/с, сечения ремня А и диаметре шкива 112 мм – передаваемая мощность – 1390 Вт, что больше расчетной (1182 Вт), следовательно с запасом.
Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов
По известным нагрузкам на валу (P, Q, RА, RВ) и размерам между точками нагружения по общим правилам сопротивления материалов строим эпюры изгибающих и крутящих моментов.
Находим сумму моментов вокруг точки А:
,где P – общие усилия на каждом ноже, Н;
Q – усилие в районе шкива, Н
откуда:
Аналогично находим сумму моментов вокруг точки В и реакцию в точке А:
откуда:
Проверка:
92-95-194+197=0 – реакции найдены правильно.
4.13.1 Построение эпюры изгибающих моментов
I участок:
; 
При х1=0,
;При х1=223,5,
II участок:
; 
При х2=223,5,
При х2=447,
III участок:
;
При х3=447,
При х3=547,
Построение эпюры крутящих моментов
Крутящий момент, будет действовать по все длине вала:
Крутящий момент, создаваемый двигателем, составит:
т.е. Мкр.д > Мкр следовательно двигатель выбран правильно и может обеспечить нормальную работу узла резания.
Проверочный расчет вала
На основании эпюр изгибающих и крутящих моментов опасное сечение определяется в точке, где суммарный момент окажется наибольшим.
Расчет проводят по формулам
для момента сопротивления:
,для диаметра вала:
,где [σиз] – допустимое напряжение на изгиб, Н/мм2, [σиз]= σт/2, где σт – предел текучести для стали 45, σт=290Н/мм2 => [σиз]=290/2=145 Н/мм2;
Миз – максимальный изгибающий момент в опасном сечении, Миз = 20600 Н∙мм;
Мкр – максимальный крутящий момент на валу, Мкр = 65880 Н∙мм
Таким образом, меньший диаметр вала 13,2 мм, но конструктивно принимаем диаметр вала под шкивом 16 мм, размер прижимной шайбы М12, диаметр вала под подшипники 18 мм, диаметр вала под ножи – 30 мм.Расчет подшипников
Выбираем подшипники 403, их работоспособность определяется по формуле:
C=R∙kn∙kб∙kт∙(n∙h)0,3,
где kn∙kб∙kт – коэффициенты, равные соответственно 1,2; 1; 1;
(n∙h)0,3=95,5 – для желаемой долговечности 2500ч и числа оборотов 1600 об./мин
R – давление на опору, Rв=194 Н
C=194∙1∙1,2∙1∙95,5=22232,4(Н)
Полученная величина меньше технической характеристики для подшипника 403 (С=22900 Н), значит, данный подшипник можно использовать для комплектации при указании рабочей долговечности в 4000 часов.
Расчет ременной передачи
Принимаем электродвигатель 4A90L, мощностью 4,5 кВт = 4500 Вт, частотой вращения 1000 об./мин, с учетом скольжения 9,5% частота вращения равна n=1000(1-0,095)=905(об./мин)
Скорость ремня определяется по формуле:
,где n – частота вращения ножевого вала, n=905 об./мин;
Rш – радиус шкива, Rш=0,056 м
Расчет шпоночного соединения
Шпонки рассчитывают на смятие и срез.
Выбираем по значению диаметра вала размеры сечения шпонки: b=5мм, h=5мм, t=3мм
Длина шпонки принимается равной ≈1,5d=1,5∙14=21(мм), но на 5 мм меньше длины ступицы, причем длину шпонки округляем до стандартного значения, откуда l=14мм
Условие прочности на смятие:
,где Мкр – крутящий момент, Мкр = 65880 Н∙мм;
d – диаметр вала, мм, d = 18 мм;
l – длина шпонки, мм; l = 18 мм;
b – ширина шпонки, мм; b = 6 мм;
t – глубина паза на валу, мм; t = 4 мм;
[σсм] – допускаемое напряжение на смятие материала ступицы, для стали [σсм]=100-120 Н/мм2
Проверка шпоночного соединения на срез проводится по следующей формуле:
,где [τср] – допускаемое напряжение на срез материала (сталь) шпонки, [τср]=60-90 Н/мм2
Выбор уплотнения подвижных соединений
Для уплотнения подвижного соединения (в месте выхода вала из проходной крышки подшипника качения) используем грубошерстное сальниковое кольцо по ГОСТ 6418-81
Для диаметра вала 16мм – D=26мм, d=15мм, b=3,5мм – Кольцо СГ 26-15-3,5
;Для диаметра вала 18мм – D= 28мм, d=17мм, b=3,5мм – Кольцо СГ 28-17-3,5
;Для диаметра вала 20мм – D=30мм, d=19мм, b=3,5мм – Кольцо СГ 30-19-3,5
.Выбор конструкционных материалов аппарата
Разрабатываемый аппарат относится к пищевым изделиям мелкосерийного производства, поэтому в качестве заготовки для изготовления их узлов и деталей используем прокат.
Для конструкции рамы и оснований опор применяем уголки, швеллеры гнутые из листа профили, а также профили коробчатого сечения, образованные из листового проката в зависимости от требований технологичности и прочности. Кожухи (обечайки), крышки, патрубки, фланцы, трубные решетки изготовлены из листовой стали.
Основной вид прочноплотных соединений для стального проката - сварка, для проката из цветных металлов и сплавов - пайка. Клеевые соединения применяют при малых удельных нагрузках статического характера и обычных температурах.
Для деталей, поверхности которых контактируют с пищевыми продуктами и моющими растворами, рекомендуются нержавеющие стали марок: 14Х17Н2; 12Х18Н9Т; 08Х22Н6Т. Из этих сталей производится листовой прокат по ГОСТ 19903-74 и трубы по ГОСТ 3262-75 (стальные водо-газопроводные).
Для болтов назначают классы прочности 5.6 (сталь 30; 35), 6.6 (сталь 45; 40Г), а для гаек 6 и 8 (сталь 15; 20; 35; 45) или нержавеющие стали указанных выше марок. В качестве шайб применяют пружинные стали типа 65Г. Крепежные изделия должны иметь покрытия групп 02 (кадмиевое с хроматированием для судового оборудования) или 03 и 04 (многослойные медь-никель и медь-никель-хром). Прокладки, контактирующие с пищевыми продуктами, при невысокой нагрузке на смятие изготовляют из резиновой пластины по ГОСТ 17133-83. Для прочноплотных фланцевых соединений и при высоких температурах для прокладок рекомендуется паронит марки ПОН по ГОСТ 481-80 и фторопласт Ф-4-В ГОСТ 10007-72.
Обычно предусматривают многослойную изоляцию. На теплоизолированную поверхность с высокой температурой наносится слой из асбестовой бумаги по ГОСТ 23779-79 (толщина 0,3…1,5 мм) или из асбестового картона по ГОСТ 2850-80 (толщина 2…10 мм), а затем следующий слой из органических материалов (совелит, полистиролы, пенопласты и др.). Обшивку изготовляют из тонкого стального листа или алюминиевой фольги. Можно рекомендовать также однослойную изоляцию, получаемую напылением слоя полиуретана толщиной до 50 мм.
Данные для конструирования узла резания:
Диаметр дискового ножа – Dн = 360 мм;
Толщина дискового ножа – b = 3 мм;
Угол заточки режущей кромки ножа – α = 8º;
Материал для ножа – 95Х18;
Диаметр вала под шкив – 18 мм;
Диаметр вала для посадки ножа – 30 мм;
Диаметр вала под подшипники – 20 мм;
Подшипники – 404 ГОСТ 8338-75;
Диаметр шкива – 112 мм;
Сечение ремня А, тип ремня – клиновой;
Электродвигатель – 4A90L, N = 4,5 кВт, n = 1000 об./мин;
Тип и размеры уплотнительных соединений – Кольцо СГ 26-15-3,5
, Кольцо СГ 28-17-3,5 , Кольцо СГ 30-19-3,5 ;Размеры шпонки – b×h×t =5×5×3 мм, l = 14 мм
Все выступающие движущиеся части машин должны быть ограждены. При обслуживании рыборазделочных машин особое внимание должно быть уделено ограждению дисковых ножей.
Запрещается эксплуатировать порционирующие машины роторного типа без предохранительного устройства в зоне загрузочного барабана.
При ручной подаче рыбы к рабочим инструментам, в частности к дисковым и другим ножам, необходимо соблюдать осторожность.
Запрещается производить ремонт и смазку рыборазделочных машин до их остановки.
Перед пуском машин необходимо убедиться в отсутствии в них посторонних предметов. При заточке дисковых ножей без их демонтажа нужно соблюдать осторожность и не держать оселок в руках, а закреплять его в специальном держателе.
В местах, где установлены рыборазделочные машины, как правило, повышенная влажность. Поэтому при включении рубильников для пуска электродвигателей следует насухо вытирать руки.
Запрещается становиться около рыборазделочных машин на неприспособленные подставки (старые ящики, бочки и пр.).
Необходимо регулярно проверять состояние трапов и стоков около рыборазделочных машин, не допуская скопления около них воды и рыбных отходов.
Заключение
В курсовом проекте проведена работа по изучению и конструированию оборудования пищевых, в частности рыбоперерабатывающих, производств. Целью проектирования была головоотсекающая машина роторного типа для пиленгаса. Перед непосредственным конструированием и расчетом данного аппарата были изучены конструкции и принципы работы существующих машин по разделке рыбы. В качестве прототипа для головоотсекающей машины была взята порционирующая машина роторного типа.
В результате расчета спроектирована головоотсекающая машина роторного типа производительностью Q = 45 рыб/мин, произведены необходимые технологические, кинематические и прочностные расчеты данного аппарата. В итоге представлен чертеж конструкции машины и отдельного узла с деталировкой.
В заключительной части указаны правила по технике безопасности при работе с рыборазделочными машинами.
Список использованной литературы
1. Карпов В.И. Технологическое оборудование рыбообрабатывающих предприятий. / Карпов В.И. – М: Колос, 1993. – 304 с.
2. Чупахин В.М. Технологическое оборудование рыбообрабатывающих предприятий. / Чупахин В.М. – М: Пищевая промышленность, 1976. – 471с.
3. Чупахин В.М. Оборудование предприятий и судов рыбной промышленности. / Чупахин В.М. – М: Пищевая промышленность, 1969. – 501с.
4. Чупахин В.М. Технологическое оборудование рыбообрабатывающих предприятий. / Чупахин В.М. – М: Пищевая промышленность, 1968. – 645с.
5. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. / Анурьев В.И. – М: Машиностроение, 1980. – 1т. – 728с, 2т. – 559с.
6. Дикис М.Я. Технологическое оборудование консервных заводов. / Дикис М.Я., Мальский А.Н. – М: Пищевая промышленность, 1969. – 777с.
7. Новиков В.М. Справочник технолога рыбной промышленности. / Новиков В.М. – М: Пищевая промышленность, 1972. – 4 т.
8. Романов А.А. Справочник по технологическому оборудованию рыбообрабатывающих производств / Романов А.А. и др. – М: Пищевая промышленность, 1969. – 1т. – 296с., 2т. – 280с.