CC BY
12
APPLICATION OF RACK AND PINION GEARS FOR INCREASING THE EFFECTIVE FEED FORCE OF CRUSHING AND MILLING MACHINES
L.V. Lukienko
In this paper, it is proposed to use pinion or rack-and-pinion gears to increase the feed force of crushing and milling machines used for grinding coal used in thermal power plants. To ensure the strength parameters of the projected transmission and the required feed force, it is proposed to use large-module transmissions. This will allow you to eliminate the problem of reducing the coefficient of friction in the wheel-rail pair in winter.
Key words: crushing and milling machines; moving system; pinion and rack-and-pinion gears; increasing the feed force.
Lukienko Leonid Viktorovich, doctor of technical sciences, docent, head of the department, lukienko_lv@mail.ru, Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University
УДК 663.672
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-2-661-666
ОТОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ДОЗИРОВАНИЯ И КРИТЕРИИ ЕГО ЭФФЕКТИВНОСТИ В СОВРЕМЕННЫХ ДОЗАТОРАХ ВРЕМЕННОГО ТИПА
С.А. Петров
В статье рассмотрен процесс дозирования мороженого в вафельный стаканчик, проведены экспериментальные исследования рабочего цикла оборудования для дозирования, а также влияния изменения рабочих параметров на количество дозируемого мороженого; на основании экспериментальных исследований подобрано оборудование и его оптимальные рабочие параметры, обеспечивающие стабильное дозирование мороженого.
Ключевые слова: дозатор, дозирование временного типа, потребление сжатого воздуха.
Дозирование является начальной технологической операцией последующего процесса фасовки и упаковки готовой пищевой продукции и различных полуфабрикатов. В пищевых производствах дозируются материалы и продукты разной структуры и свойств: сыпучие, жидкие с различной вязкостью, пастообразные, штучные и т.п. Дозирование может осуществляться разными способами и устройствами, отличающимися принципом действия и конструкцией исполнительных органов [1].
Дозирующие устройства должны обеспечивать задаваемую точность дозирования и стабильность доз при длительной работе, в соответствии с ГОСТ 8.579-2019 Требования к количеству фасованных товаров при их производстве, фасовании, продаже и импорте.
Дозирование, как процесс, может быть порционным и непрерывным. Порционное дозирование подразделяется на 2 основных типа: объемное и временное [2].
Более подробно рассмотрим принцип работы временного дозатора жидких компонентов, который зачастую устанавливается на заводах по производству мороженого.
Для начала рассмотрим стандартную схему подачи мороженого на линии по производству мороженого в вафельном стаканчике (рис. 1).
Процесс протекает следующим образом.
1. Охлажденная до температуры 4-6°С, под давлением 1-2 Бар смесь мороженого подается с помощью насоса посредством трубопровода из танка хранения во фризер.
2. Во фризере происходит замораживание смеси до температуры 4...-7°С и взбивание ее с воздухом, в требуемом соотношении, при условии непрерывного перемешивания. Далее мороженое насосом подается под давлением 5-8 Бар на разделитель потока.
3. В разделителе потока происходит равномерное распределение мороженого на несколько потоков, и посредством шлангов оно подается на дозаторы.
4. Проходя через дозатор определенное, отмеренное количество мороженого подается в вафельный стакан.
Танк хранен ил
смеси
Р=1.6 Бар Т=4...б*С
Разделитель потока
Рис. 1. Схема подачи мороженого на линии для производства мороженого
в вафельном стаканчике
Подробно принцип работы дозатора показан на рис. 2. Мороженое по трубке 1 движется в корпус дозатора 2, в котором под действием привода, соединенного муфтой 3, возвратно поступательно движется плунжер 4, отверстие которого совмещаясь со отверстием трубки открывает и закрывает доступ потоку мороженого в сопло дозатора 5 и далее в вафельный стакан. Для защиты от поворота плунжера вокруг своей оси на корпусе дозатора закреплена специальная направляющая 6, также на верхней части плунжера установлено уплотнительное кольцо, препятствующее мороженому выходить через верх дозатора.
Для настройки режима работы дозатора используются следующие параметры.
мороженое мороженое
дозатор дозатор
открыт закрыт
Рис. 2. Принцип работы дозатора: 1 - подающая трубка; 2 - корпус дозатора; 3 - муфта привода; 4 - плунжер; 5 - сопло; 6 - направляющая
При промышленном производстве наблюдается отклонение массы мороженого в стаканчиках, превышающее значения, которые прописаны в ГОСТ, соответственно такой продукт нельзя выпускать в продажу и необходимо утилизировать, что соответственно несет потери для фабрики и с такими потерями необходимо бороться.
Для этого была проведена проверка основных компонентов дозатора, компонентов разделителя потока и фризера, а также соединительных шлангов и труб, все компоненты, находившиеся в неудовлетворительном состоянии, были заменены на новые, для выравнивания давления мороженого на каждом из дозаторов были изготовлены новые шланги, равной длины.
Важнейшим фактором для сохранения постоянства объема мороженого, проходящего через дозатор, является сохранения временных промежутков открытия, ожидания в открытом состоянии и закрытия дозатора. За этим следит автоматическая система управления технологическим процессом (сокращенно АСУ ТП) дозирования мороженого. Принцип ее работы представлен на рис. 3.
Рис. 3. Схема работы АСУ ТП дозирования мороженого 1 - счетная шайба; 2 - панель оператора; 3 - контроллер; 4 - пневмоостров; 5 - пневмоцилиндр
Система АСУ ТП дозирования мороженого состоит из индуктивного датчика такта, который считывает показания с отверстий счетной шайбы (1), панели оператора (2), контроллера (3) и электрического пневмоострова (4), который открывает подачу сжатого воздуха на опускание или поднятие штока пневмоцилиндра дозатора (5).
По датчику такта контроллер определяет начало момента дозирования и формирует команду на открытие дозатора. Момент открытия дозатора определяется моментом срабатывания датчика и параметром «Задержка открытия» (задается оператором). Длительность команды открытия дозатора определяется параметром «продолжительность дозации общая», этот параметр задается оператором. Также оператор может задать задержку закрытия каждого дозатора индивидуально.
Для проверки системы дозирования были выполнены несколько экспериментов.
С помощью высокоскоростной камеры была произведена съемка потока мороженого выходящего из сопла дозатора, и найдена его скорость на различных этапах, а именно открытия, нахождения в открытом состоянии и закрытия дозатора. Зная скорость потока и диаметр сопла был рассчитан объем смеси, проходящий в единицу времени, по формуле:
Q = ГО,где 5 = пЯ2
где, Q - объем смеси, проходящий через дозатор, мл/мс, V - скорость потока смеси, мм/мс, S -площадь выходого сечения дозатора, мм2, Я - радиус сопла дозатора, мм.
Получаем следующий график потока мороженого в течение цикла дозации (рис. 4). Из этого графика видно, что максимальная скорость потока смеси через дозатор развивается именно в момент открытия, это объясняется возрастающим давлением в трубопроводе во время, когда дозатор закрыт. Основное количество смеси через дозатор проходит за время, когда дозатор полностью открыт.
Установив электронные манометры на трубопровод перед дозатором, проверили разницу в давлении мороженого между последовательными циклами дозации, снимая результаты с контроллера каждые 5 мс, результат можно увидеть на рис. 5.
Проверив цикличность отправки и получения сигналов контроллером можно сделать вывод, что система АСУ ТП функционирует с равными промежутками времени и без сбоев.
Цикл дозации
Время, мс
■ Объем, мл/мс - Границы цикла
Рис. 4. График распределения потока мороженого в течение цикла дозации
к
в Я а о Дозатор открыт Я Си
О 0,05 0,1 0,15 0,2 0,15 0,3 0,55 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,В5 0,9 0,95 1 1Л=, 1Д 1,15
Время, мс
Рис. 5. Давление мороженого в трубопроводе за 2 последовательных цикла дозации
Так как привод движения плунжера дозатора осуществляется под действием пневмо-цилиндра необходимо проверить пневмосистему. Пневматическая схема дозатора показана на рис. 6.
Сжатый воздух под давлением 7 Бар поступает от компрессора по трубопроводам подачи сжатого воздуха на общий ресивер производственной линии, откуда с помощью пневмот-рубок различного диаметра распределяется на производственное оборудование, включая дозатор. Для корректной работы дозатора управление пневмоцилиндрами осуществляется с помощью электронного пневмоострова.
Важным условием точности работы дозатора является отсутствие утечек воздуха на протяжении всей пневмосистемы, а также стабильное и равномерное давление (отсутсвие просадок) в трубопроводе во время срабатывания пневмоцилиндров. Для обеспечения стабильно-
сти давления в системе во время работы необходимо знать расход воздуха оборудованием за 1 такт, а также оценить допустимое снижение давления, которое не повлияет на стабильность работы. После этого, если падение давления слишком велико необходимо просчитать пропускную способность всех соединений, ведущих к оборудованию, а также рассмотреть вариант установки ресивера для аккумулирования сжатого воздуха.
ПНЕВМОЦИЛИНДР ПНЕВМООСТРОВ
Рис. 6. Пневматическая схема привода дозатора
Проверив изменение давления за цикл дозирования, получаем, что давление в пневматической системе в начале цикла дозирования 7 Бар, а в конце оно снижается до 5,7 Бар, что недостаточно для стабильной работы пневмоцилиндров.
Выполним расчет объема сжатого воздуха, потребляемого дозирующим устройством за один цикл по формуле:
_ PCNnd2
0=-п,
ч; 2
где, Q - объем воздуха, потребляемый пневмоцилиндром, л; Р - Давление, Бар; С - длина хода штока, дм; N - коэффициент (1 для одноходовых или 2 для двухходовых пневмоцилиндров); п - количество пневмоцилиндров дозирующего устройства; d - диаметр штока, дм.
Рассчитав потребление по данной формуле, получили объем в 13,5 литров сжатого воздуха за 1 цикл. Выбрав стандартный ресивер из каталогов поставщиков, установили ресивер объемом 15 л.
После установки ресивера колебания массы мороженого снизились до 0,1%, что является допустимым отклонением по ГОСТ 8.579-2019.
Данный метод расчета можно применить к любому дозатору, работающему по временно принципу, с жидкими средами для минимизации отклонения от заданной дозы. В случае неправильно подобранных параметров работы дозатора возможен риск увеличения производственных потерь, вследствие несоответствия параметров производимого продукта ГОСТу, а также репутационные риски для компании, выпускающей на рынок продукт, не соответствующий заявленным критериям.
Список литературы:
1. Основные технологические операции при упаковывании пищевых продуктов. [Электронный ресурс]. URL: https://studopedia.su/13_37832_dozirovanie-produktov.html (дата обращения: 10.02.2022).
2. Оленев Ю.А. Технология и оборудование для производства мороженого. 2-е изд., перераб. и доп. М.: ДеЛи, 2001. 323 с.
3. Гофф Г.Д., Гартел Р.У. Мороженое. 2-е изд., перераб. и доп. Пер. с англ. 7-го изд. СПб.: профессия, 2016. 540 с.
Петров Сергей Александрович, магистрант, sap71ru@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
DOSING PROCESS FEATURES AND EFFICIENCY CRYTERIA OF THE MODERN TIME-TYPE
FILLERS
S.A. Petrov
The article discusses the influence of the parameters of time-type fillers on the product weight, pneumatic system air consumption counting and selection of the equipment for weight dispersion decreasing.
Key words: time-type filler, dosing process, air consumption.
Petrov Sergey Aleksandrovich, master, sap 71 ru@,mail ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 631.243.242
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-2-666-670
ДРОБИЛКА БАРАБАННОГО ТИПА В ДВУХФАЗОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ СЫПУЧЕСТИ СЛЕЖАВШИХСЯ УДОБРЕНИЙ
А.В. Клюканов
В статье рассмотрена целесообразность использования раздельной двухфазовой технологии для восстановления сыпучести слежавшихся удобрений. Предложена новая конструкция дробилки предварительного действия как часть двухфазовой технологии. По результатам исследований определены наиболее рациональные конструктивно-режимные параметры дробилки. Даны рекомендации по возможному применению дробилки барабанного типа для разрушения других хрупких материалов.
Ключевые слова: сыпучесть, слёживаемость удобрений, восстановление сыпучести, дробилка, разрушение хрупких материалов.
Минеральное удобрение - удобрение промышленного или ископаемого происхождения, содержащие питательные элементы в минеральной форме [1]. К наиболее важным свойствам удобрений определяющих их качество в процессе хранения и транспортировки относится сыпучесть. Под сыпучестью понимается свойство минерального удобрения свободно сыпаться под воздействием гравитационных сил. При определённых внешних условиях удобрения могут слёживаться [2].
Слёживаемость - свойство минерального удобрения образовывать фазовые контакты сцепления между зёрнами до образования твёрдой монолитной массы. Такой агломерат образуется в результате остаточной влаги в товарном продукте, неоднородной и различной механической прочностью гранул, гигроскопичности. Слежавшиеся удобрения не позволяют произвести их выгрузку из транспортных емкостей, затрудняют работу устройств механического смешивания и дозирования удобрений, что нарушает непрерывную технологию их реализации и использования.
Уменьшение слёживаемости удобрений при выпуске и доставки их потребителю обеспечивается путём: введения припудривающих добавок, таких как гипс, кремнезем, каолин, хлорида магния, гидрофобизаторов в присутствии эмульгаторов, нерастворимых солей кальция; сушки продукта для разделения на мелкую и крупную фракцию; повышения статической и динамической прочности гранул; использования влагозащищенной упаковки (бумажные, полиэтиленовые мешки). Известные способы улучшают физико-механические свойства и сыпучесть удобрений, вместе с тем они не обеспечивают полной неслёживаемости. В связи с этим перед подготовкой и внесением минеральных удобрений в почву необходимо произвести восстановление сыпучести слежавшихся агломератов с использованием механического разрушения. Для реализации этого применяют специальные измельчающие устройства [3].
В серийно выпускаемых ранее и в настоящее время машинах для измельчения слежавшихся минеральных удобрений используют устройства с рабочими элементами в виде ножей, валков, цепей, фрез, в которых материал разрушается за счёт раздавливания, излома и истирания [4]. Исследования показывают, что слежавшиеся минеральные удобрения относятся к хрупким и сравнительно мягким материалам и поэтому для их измельчения целесообразно использовать устройства в которых реализуется такие способы воздействия на измельчаемый материал, как раскалывание и излом [5]. Такие способы разрушения обеспечивают высокое качество минеральных удобрений по фракционному состав.
666
