Проект машины для производства макарон

Численность работающих, пользующихся санпропускниками: всего 24 человека, в сутки – 19 человек, в максимальную смену – 13 человека. Численность конторского персонала 3 человека.

Расчет площадей бытовых и административно-конторских помещений

Ориентировочно площадь бытовых помещений определяем из расчета 1,75 м² на каждого, пользующегося санпропускниками, следовательно, она будет 1,75∙24 = 42 м².

Площадь административно-конторских помещений принимаем равной 42 м².

Компоновка цеха

Компоновка должна обеспечивать последовательность производственного потока, удобную связь между отдельными цехами и помещениями, сокращение путей внутрифабричной транспортировки и пробега подвижного оборудования, она должна создавать оптимальные условия работы и бытового обслуживания рабочих.

При компоновке основного производственного цеха учитывается то, что мучной склад должен примыкать к прессовому отделению, упаковочное отделение – к сушильному отделению; тарный цех, склад готовой продукции – к упаковочному отделению.

При компоновке основного производства и складов в цехах и складах предусмотрены необходимые подсобные помещения (для вентиляционных установок, кладовых, заведующего складом, начальников смен и т.п.).

В цехе основного производства размещены материальный склад, холодильная камера с помещением для подготовки обогатителей к производству, насосная, аккумуляторная с помещением для вилочных погрузчиков. Водобаки размещены выше потребителей воды, чтобы обеспечить подачу воды к ним самотеком.

Отопление

Центральное водяное или паровое отопление предусматривается во всех помещениях за исключением: котельной, материального склада, склада смазочных материалов, складов тары и ящичных комплектов.

Ориентировочно расход тепла на отопление определяется по формулам (32 и 33).

Qчас = 0,80∙V∙go∙(tс.вн –tр.о), (32)

где Qчас – максимальный часовой расход тепла на отопление, Вт;

V – объем отапливаемой части здания по наружному обмеру, м3, V = 3499,2 м3;

gо – удельная тепловая характеристика здания, gо = 0,36 Вт/м³;

tс.вн – средняя температура отапливаемых помещений, tс.вн = 18ºC;

tр.о – расчетная температура наружного воздуха – средняя температура наиболее холодной пятидневки, принимается по СН и П 2 А.6-62 tр.о = - 30ºC.

Qчас = 0,80∙3499,2∙0,36∙(18 (-30)) = 48373 Вт.

Qгод = 0,80∙V∙go∙(tс.вн – tс.о)∙m∙n, (33)

где Qгод – годовой расход тепла на отопление, Вт;

tс.о – средняя температура наружного воздуха в отопительный период, принимаем по СН и П 2 А.6-62 tс.о = -10ºC;

m – число часов работы системы отопления, m = 24 часа;

n – число дней отопительного периода, по СН и П 2А.6-62 n = 180 дней.

Qгод = 0,80∙3499,2∙0,36∙(18 –(-10)) 24∙180 = 121899810,8 Вт = 121899,8 кВт.

Вентиляция и кондиционирование воздуха

При работе сушилок выделяется горячий воздух, насыщенный паром, который отрицательно сказывается на самочувствии рабочих, повышая температуру и влажность воздуха в цехе. Вентиляция и кондиционирование воздуха применяются для создания комфортных условий труда в основном производственном цехе и других помещениях.

Общее количество вентиляционного воздуха при приближенных подсчетах определяем по формуле (34).

Lв = V∙0,6∙n, (34)

где Lв – количество воздуха, м³/ч;

V – объем здания по наружному обмеру, м³; V =3888 м3;

0,6 – коэффициент, приводящий объем здания по наружному обмеру в суммарный объем вентилируемых помещений;

n – средняя кратность воздухообмена, n = 4 обменам в час.

Lв = 3888∙0,6∙4 = 9331,2 м³/ч.

Расход на вентиляцию определяется по формуле (35).

, (35)

где Qв – расход тепла на вентиляцию, Вт;

1,2 – плотность воздуха, кг/м³;

1,005 – весовая теплоемкость воздуха, кДж/(кг∙град);

tс.вн – средняя температура отапливаемых помещений, tс.вн = 18ºC;

tр.о – расчетная температура наружного воздуха, tр.о = -10ºC.

Qв = 9331,2∙1,2∙1,005∙(18-(-10))/3,6 = 87526,65 Вт.

Суммарная потребная мощность электродвигателей в приточных и вытяжных вентиляционных установках определится по формуле (36).

, (36)

где Nпотр – суммарная потребная мощность, кВт;

50 – среднее сопротивление приточных и вытяжных систем вентиляции, кг/м²;

102 – переводной коэффициент;

0,4 – КПД вентилятора и привода;

1,3 – средний коэффициент запаса на потребную мощность.

Nпотр = 1,3∙9331,2∙50/(102∙3600∙0,4) = 4,129 кВт.

Годовой расход тепла на вентиляцию определится по формуле (37).

, (37)

где m – продолжительность работы фабрики в сутки, m = 24 часа;

е – количество рабочих дней в отопительном периоде, по СН и П 2А.6-62 е = 180 дней.

Qг.в = 9331,2∙1,2∙1,005∙(18-(-10))∙24∙180/3,6 = 378115153,9 Вт = 378115,12 кВт.

Годовой расход энергии на вентиляцию определим по формуле (38).

Nг.в = Nпотр∙m∙T, (38)

где Т – количество рабочих дней фабрики в году, Т = 279.

Nг.в = 4,129∙24∙279 = 27647,784 кВт´ч.

Водоснабжение

Холодное водоснабжение

Вода на макаронных фабриках расходуется на технологические нужды, противопожарные нужды, хозяйственно-бытовые нужды и компенсацию потерь воды в котельной. Общий расход воды представлен в таблице 7.

Расчет потребности воды для душевых ведем из расчета, что на одну душевую приходится 5 работающих в наиболее многочисленной смене. Душ работает 3 раза в сутки по 1,5 часа, при этом расходуется 500 литров воды в час на одну сетку. Тогда на одну душевую сетку расходуется 2 250 литров в сутки. Исходя из численности рабочих, устанавливаем 2 душевые сетки, и суточный расход составит 4500 литров. Потребность в холодной воде на приготовление пищи рассчитываем из расчета 5 литров в сутки на 1 человека, в том числе 3 литра на мойку посуды. Расход воды на поливку территории берется 1,5 литра на 1 квадратный метр, компенсация воды в котельной составляет 5 % от количества воды, испаряемой в котлах.

Необходимые напоры на вводе водопровода составят:

- для производственно-хозяйственно-питьевого водозабора до верхнего крана – 2 метра;

- для подъема воды в бак на высоту 6 метров с напором при изливе 2 метра – 8 метров;

- для внутреннего пожаротушения – 18 метров.

Хозяйственный насос для подкачки воды в бак должен обеспечить подачу воды Gсек = 2,2 литра в секунду. Устанавливаем центробежный насос диаметром 50/25 миллиметров. Мощность электродвигателя насоса определится по формуле ().

, (39)

где Н – необходимый напор, м; Н = 8 м;

hуст – коэффициент полезного действия; hуст = 0,4.

 кВт.

Таблица 8 – Общий расход воды

Противопожарный насос должен обеспечивать подачу двух струй по 12,5 литра в секунду каждая. Устанавливаем центробежный насос диаметром 65/50 миллиметров с мощностью электродвигателя насоса:

 кВт.

Горячее водоснабжение

Горячая вода используется на технологические нужды, а также на мойку столовой посуды, на мойку полов, в душевых и умывальниках. Часовой расход тепла на нагрев воды Qг.в, Вт, рассчитывается по формуле (40).

, (40)

где gmax – максимальный часовой расход горячей воды, л;

К – коэффициент, учитывающий теплопотери, К = 1,1-1,2;

tгор – температура горячей воды, °С;

tхол – температура холодной воды, °С; tхол = 5°С;

с – удельная теплоемкость воды, кДж/(кг∙град).с = 4,19 кДж/(кг∙град).

Расход воды, используемой на технологические и хозяйственно-бытовые нужды, и расчет тепла на ее подогрев сведен в таблицу 9.

Таблица 9 – Расчет расхода горячей воды и тепла

Максимальный часовой расход воды gmax, л/ч, имеющей температуру 70°С, определяется по формуле (41).

, (41)

где

tгор = 70°С;

tхол = 5°С.

Нагрев воды производится в баке, как правило, при помощи парового змеевика, поверхность которого F, м², определяется по формуле (42).

, (42)

где Qобщ – количество тепла, подаваемого от источника теплоснабжения, Вт;

k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²∙град); k = 870 Вт/(м²∙град);

Dt – средняя разность температур, °С, определяется по формуле (43).

, (43)

где tср – температура насыщенного пара, поступающего в змеевик, °С; tср = 143 °С.

 °С.

 м².

Суммарная емкость баков горячей и холодной воды:

1130,45∙8 + 430∙8 = 12483,6 л = 12,5 м³

Емкость бака горячей воды:

2660/977,81 = 2,72 м³

Емкость бака холодной воды:

12,5 – 2,72 = 9,78 м³

При полезной высоте баков 5 м площадь бака холодной воды будет:

9,78/5 = 1,956 м²,

а бака горячей воды:

2,72/5 = 0,544 м².

Минимальная высота помещения для баков:

5 + 0,15 + 0,25 + 0,50 = 5,8 м,

(здесь 0,15 – запас высоты бака; 0,25 – высота подставки под баки; 0,50 – расстояние от верха бака до перекрытия).

Годовой расход тепла на горячее водоснабжение Qгод.общ, Вт, определяется по формуле (44).

Qгод.общ = Qср.час.общ∙m∙T, (44)

где Qср.час.общ – средний часовой расход тепла на горячее водоснабжение, Вт;

m – число часов работы в сутки, m = 24;

Т – количество рабочих дней в году, Т = 279.

Qгод.общ = 21044∙24∙279 = 140910624 Вт = 140910,624 кВт

Канализация

По характеру загрязнения сточные воды делятся на условно чистые и загрязненные. К условно чистым стокам относятся сточные производственные воды от прессов после охлаждения прессующих устройств, от ванн для разогрева меланжа, от вакуумных насосов, от водонапорных баков при их переливе. К загрязненным (фекально-хозяйственным) стокам относятся стоки от душевых, уборных, умывальников, раковин, моечных ванн, трапов. Количество сточных вод определяется исходя из общего расхода воды по таблице 10.

Таблица 10– Расчет количества сточных вод

Условно чистые воды в цехе отсутствуют.

Количество загрязненных сточных вод в сутки: 10994 л, максимальночасовое: 2578,5 л.

3. Конструкторская часть

3.1 Краткий обзор техники и технологии процесса экструзии

Экструзией называется процесс переработки продуктов в экструдере путем размягчения или пластификации и придания им формы продавливанием через экструзионную головку, сечение которой соответствует конфигурации изделия. Входе процесса под действием значительных скоростей сдвига, высоких температуры и давления происходит переход механической энергии в тепловую, что приводит к различным по глубине изменениям в качественных показателях перерабатываемого сырья (денатурация белков, клейстеризация крахмала и другие биохимические изменения). Характер и глубина изменений и их влияние на качество продукции зависят от режима процесса экструзии и его длительности.

Для производства экструдированных продуктов с определенными функциональными свойствами применяют три основных способа экструдирования пищевого сырья:

- холодная экструзия - возможны только механические изменения в материале вследствие медленного его перемещения под давлением и формование этого продукта с образованием заданных форм.

При холодной экструзии массовая доля влаги в сырье составляет W = 30...60%;

-  теплая экструзия - сухие компоненты сырья смешивают с определенным количеством воды (W = 20...30%) и подают в экструдер, где наряду с механическим их подвергают еще и тепловому воздействию. Продукт подогревается из вне. Получаемый экструдат отличается небольшой плотностью, незначительным увеличением в объеме, пластичностью, а также ячеистым строением. Иногда экструдату необходима дополнительная обработка - подсушивание;

-  горячая экструзия - процесс протекает при высоких скоростях и давлениях, значительном переходе механической энергии в тепловую, что приводит к различным по глубине изменениям в качественных показателях материала. Кроме того, может иметь место регулируемый подвод тепла как непосредственно в продукт, так и через наружные стенки экструдера. Массовая доля влаги в сырье при горячей экструзии составляет W = 10...20%, а температура превышает 120°С.

В настоящее время экструдирование широко применяется в макаронной, кондитерской, хлебопекарной, крахмалопаточной, пищеконцентратной, мясной, рыбной и комбикормовой отраслях промышленности.

Компании США, ЕС и Японии на экструдерах разных конструкций вырабатывают пасты, сухие зерновые завтраки, макаронные изделия, бисквиты, хрустящие хлебцы, снеки, продукты детского и диетического питания, кондитерские изделия (шоколад, конфеты, печенье, жевательную резинку), текстурированные растительные протеины, модифицированные крахмалы, ингредиенты кормов для домашних животных, птиц, рыб, воздушные крупяные (кукурузные, рисовые, перловые и т.д.) и картофельные палочки, сухие супы, соусы, приправы, сухие смеси для напитков и многое другое. В процессе экструзионной обработки перерабатываемый материал подвергается целому ряду фазовых превращений - из хрупкого стеклообразного состояния в высокоэластичное и затем в вязкотекучее.

Классификация шнековых экструдеров

Анализ техники и технологии экструдирования западных стран позволил систематизировать важнейшие типы этих машин и классифицировать их по различным признакам, что, на наш взгляд, наиболее полно отражает сущность экструзионного процесса и является важным вспомогательным материалом при проектировании современных экструзионных установок для выработки новых видов продукции.

По типу основного рабочего органа экструдеры подразделяют на одно - и двухшнековые, многошнековые, дисковые, поршневые, валковые, винтовые, шестеренные и комбинированные (рисунок 2). Конструкции экструдеров также могут быть классифицированы: по частоте вращения рабочего органа - на нормальные и быстроходные; по конструктивному исполнению - на стационарные, с вращающимся корпусом, с горизонтальным расположением рабочего органа, с вертикальным расположением рабочего органа; по физическим признакам - с коротким шнеком (автогенные), с большим уклоном режущей кромки матрицы, с незначительным уклоном режущей кромки матрицы.

Рисунок 2 - Классификация экструдеров

Кроме того, экструдеры рекомендуется классифицировать по геометрической форме, механическим, функциональным или термодинамическим характеристикам, поскольку они оказывают влияние на химические и структурные характеристики экструдированных продуктов. Особое значение имеют такие параметры, как количество тепловой энергии, образующейся в процессе экструдирования за счет механического преобразования энергии; температура во время ведения процесса; влажность экструдируемой массы.

Более детально рассмотрим классификацию шнековых экструдеров, так как они нашли наибольшее применение в промышленности (рисунок 3).

Рисунок 3 - Классификация шнековых экструдеров

Одношнековые экструдеры имеют как свои достоинства, так и недостатки (рисунок 4). Они проще в изготовлении, относительно дешевы, возможно восстановление их рабочего органа, но по некоторым параметрам сложны в эксплуатации.

Недостатками одношнековых экструдеров являются плохое смешивание обрабатываемого продукта, отсутствие принудительного транспортирования и самоочистки. В таких экструдерах чаще возникают скачки давления из-за накопления продукта; переход с одного сырья на другое затруднен тем, что камеру и шнек необходимо очищать, а значит, нужно разбирать экструдер. Более высокие расходы по эксплуатации одношнековых машин связаны с длительными простоями при чистке, большими трудозатратами и объемом работ по обслуживанию.

Двухшнековые машины (см. рисунок 4), несмотря на сложность конструкции (вследствие чего потребляют на 20...50% больше энергии, а стоимость их выше на 60%), трудоемкость в использовании и значительный износ рабочих органов, обеспечивают более высокое качество продукции. Применение двухшнекового экструдера не требует предварительной гидротермической обработки продукта, что упрощает производственный процесс. Преимущество двухшнекового экструдера - точное объемное дозирование, лучшее перемешивание продукта, эффект самоочистки, а также способность перерабатывать смеси с высоким содержанием жира и сахара.

Рисунок 4 - Схемы шнеков одно- и двухшнековых экструдеров

Применение двухшнековых (многошнековых) экструдеров в пищевой промышленности имеет значительное преимущество и гораздо большие перспективы перед одношнековыми. Тем не менее, использование одношнековой экструзии в производстве продуктов питания на данный момент крайне необходимо и дальнейшее изучение этого процесса является весьма актуальной задачей.

Конструкции шнековых прессов

ПрессЛПЛ-2М (рисунок 5.) - распространенная конструкция пресса отечественного производства. Пресс состоит из горизонтального одношнекового экструдера 6, однокамерного тестосмесителя 2 и дозировочного устройства 1, размещенных на общей станине.

Внутри экструдера установлен однозаходный прессующий шнек длиной 1400 мм, диаметром 120 мм, с шагом витка 100 мм. На корпусе экструдера закреплена головка 3 для установки круглой матрицы 4. Снизу к головке двумя винтовыми домкратами прижимается кольцо матрицедержателя. Винт одного из домкратов служит осью, относительно которой в отжатом положении матрицедержатель может быть повернут с целью установки или снятия матрицы.

В средней части шнек имеет разрыв винтовой плоскости, где встроена шайба, обеспечивающая движение теста по перепускному каналу 5, предназначенному для удаления воздуха из теста.

Рисунок 5 - Пресс ЛПТ-2М.

Дозировочное устройство сострит из шнекового дозатора муки и роторного дозатора воды, который имеет крыльчатку с карманами. При вращении ротора в баке вода заполняет карманы и при дальнейшем повороте через продольные отверстия вала сливается в тестосмеситель пресса.

Вакуумная система пресса предназначена для обеспечения остаточного давления (разрежения) воздуха в перепускном канале прессующего корпуса с целью удаления паровоздушной смеси и получения плотной структуры полуфабриката.

Основными недостатками пресса Л ПЛ-2М являются недостаточная продолжительность замеса и низкая эффективность вакуумирования полуфабриката. ПрессЛПШ-500 (рисунок 6.) имеет более совершенную конструкцию, так как оснащен трехкамерным тестосмесителем. Вакуумирование полуфабриката в нем происходит не в корпусе шнека, а после первой камеры смесителя. Пресс состоит из следующих узлов: дозировочного устройства 1, тестосмесителя 2 с приводом 3, прессующего шнека 4 с приводом 8, головки 5 для круглых матриц с механизмом их смены и обдувочного устройства 6. Все узлы смонтированы на станине 7.

Дозировочное устройство 1 состоит из шнекового дозатора муки и черпакового дозатора воды, совмещенных на одном полом валу. Дозирование муки осуществляется изменением частоты поворотов шнека-дозатора. Регулирование расхода воды осуществляется изменением уровня в емкости дозатора поворотом регулятора и частотой вращения вала посредством храпового механизма.

Три камеры тестосмесителя 2 расположены вдоль продольной оси прессующего шнека 4. В первой камере происходит интенсивный предварительный замес и подача теста с помощью лопаток через роторный вакуумный затвор во вторую и третью камеры, которые работают под разрежением. Вторая и третья камеры соединены между собой по направлению движения теста перегрузочным окном.

Рисунок 6 - Пресс ЛПШ-500.

Привод валов тестосмесителя осуществляется от электродвигателя через клиноременную передачу, редуктор и систему цепных передач. Привод дозаторов производится от вала первой камеры тестосмесителя с помощью цепной передачи. Корпус прессующего шнека выполнен из стальной трубы, на концах которой установлены два фланца для крепления прессующей головки и редуктора шнека. В зоне наибольшего давления, ближе к головке, корпус имеет охлаждающую рубашку. В противоположной части корпуса расположено отверстие для поступления полуфабриката из третьей камеры смесителя. Тесто, поступающее в шнековую зону, в начальной ее части дополнительно перемешивается за счет интенсивного сдвига слоев. Проходя дальше, оно все больше уплотняется и становится равномерным по плотности. По всей длине корпуса на его внутренней поверхности выполнено 12 аксиально расположенных канавок сечением 0,8 х 1,0 мм.

Прессующий шнек 4 однозаходный с трехзаходным звеном на конце. По длине шнека имеется два участка с разрывом витка по 180 мм. Шнек приводится в движение от электродвигателя через клиноременную передачу и трехступенчатый двухскоростной редуктор.

Прессующая головка 5 куполообразной формы, литая, для одной круглой матрицы, снабжена механизмами смены матриц, резки и обдувочным устройством 6. В корпусе головки встроено устройство для ее обогрева в момент пуска.

Механизм смены матриц состоит из горизонтальной направляющей, электродвигателя, червячного редуктора и двух тяговых винтов, соединенных с траверсой. Величина хода траверсы и центровка устанавливаемой матрицы регулируются двумя конечными выключателями. Включение механизма сблокировано с положением режущих ножей относительно нижней плоскости матрицы: только при опущенных вниз на необходимое расстояние ножах можно включить электродвигатель механизма смены матриц.

Обдувочное устройство 6 состоит из центробежного вентилятора с электродвигателем и кольцевого сопла с круглыми отверстиями. Подаваемый вентилятором в кольцевое сопло воздух выходит через отверстия и обдувает прядь сырых макаронных изделий.

Система трубопроводов состоит из четырех магистралей: для воды холодной, горячей, слива воды и вакуумной установки. Холодная вода подается в дозатор на замес теста и в рубашку прессующего корпуса для охлаждения, горячая вода - в дозатор на замес теста. На линию слива поступают излишки неиспользованной воды от дозатора, а также вода из рубашки прессующего корпуса.

Электроаппаратура пресса располагается в отдельном шкафу, установленном на полу вблизи пресса. Пресс работает от пульта управления, расположенного на площадке обслуживания.

Пресс ЛПШ-1000 (рисунок 7.) является универсальной конструкцией, так как комплектуется двумя прессующими головками для круглых матриц с механизмами их смены, обдувочным устройством и механизмом резки для каждой головки или тубусом 7 для двух прямоугольных матриц 8 с механизмом их смены и обдувочным устройством 9.

Рисунок 7 - Пресс ЛПШ-1000.

Дозировочное устройство 5 состоит из шнекового дозатора муки и черпакового дозатора воды.

Тестосмесители представляют собой две камеры из нержавеющей стали, в которых перемещение теста осуществляется вращением горизонтальных валов 6 с лопатками. Верхняя малая камера предназначена для смешивания муки и воды, поступающих из дозатора, нижняя сдвоенная камера - для смешивания теста до мелкокомковатой структуры. Решетчатые крышки камер сблокированы с приводом тестосмесителей. В вакуумируемый тестосмеситель 3тесто направляется роторным затвором 4.

Вакуумируемый тестосмеситель 3 установлен над прессующими корпусами 2 перпендикулярно осям верхних камер и снабжен плотно закрывающейся крышкой из органического стекла. Лопатки на валу третьей камеры расположены симметрично под определенным углом, что позволяет равномерно распределять тесто на два потока и направлять его в прессующие корпуса от центра к торцевым стенкам.

Паровоздушная смесь из третьей камеры отсасываются с помощью вакуум-насоса через установленный на крышке фильтр. Месильные валы двух верхних тестосмесителей и дозатор имеют общий привод. Индивидуальным приводом снабжены ротор затвора и вал вакуумируемого смесителя.

Прессующие корпуса расположены перпендикулярно вакуумируемой камере. На концах прессующих корпусов расположены фланцы для крепления к прессующей головке и редуктору. Корпуса снабжены водяными рубашками с патрубками для подачи и слива воды. Каждый шнек работает от индивидуального привода 1.

Головка пресса для круглых матриц с механизмами их смены, обдувочные устройства и механизмы для резки аналогичны таковым в прессах производительностью 500 кг/ч. Корпуса этих устройств имеют правое и левое исполнение.

Прессующая головка тубусного типа представляет собой сварную конструкцию, состоящую из трубы диаметром 130 мм, двух патрубков, коллектора и матрицедержателя. На концах патрубков расположены фланцы для присоединения к прессующим корпусам. Коллектор состоит из 20 бронзовых втулок внутренним диаметром 22 мм, равномерно распределяющих тесто по длине матрицы. В корпус головки встроена масляная ванна с электронагревателями для подогрева теста в течение 20...25 мин в период пуска пресса.

Матрицедержатель предназначен для установки двух прямоугольных матриц и оборудован механизмом их смены. Обдувочное устройство состоит из центробежного вентилятора, соединенного воздуховодом с распределительными каналами, закрепленными по обе стороны матрицедержателя. В нижней части каналов по всей длине расположены щелевые отверстия, через которые воздух обдувает выпрессовываемые пряди изделий.

Давление формования на прессах данной конструкции почти в 2 раза выше, чем в прессах ЛПЛ-2М, и составляет 9...12 МПа, что позволяет улучшить качество готовых изделий, в частности один из основных его показателей - прочность.

На кафедре "Машины и аппараты пищевых и химических производств" Оренбургского государственного университета создан универсальный малогабаритный экструдер ПЭШ-30/4 предназначенный для автономной работы или в составе технологических линий. Этот экструдер наиболее подходит для предприятий малой мощности.

Экструдер ПЭШ-30/4. (рисунок 8) Экструдер состоит из основных узлов, показанных на рис. 8. Основание служит для размещения электродвигателя на поворотной плите и шкафа с электрооборудованием.

Привод включает: электродвигатель, клиноременную передачу, двухступенчатый цилиндрический редуктор, упругую муфту, цепную передачу привода смесителя. Ременная, цепная передачи и муфта имеют ограждения.

Рисунок 9. Экструдер ПЭШ-30/4: 1 - основание, 2 - привод, 3 - смеситель, 4 - прессующий механизм, 5 - режущий механизм, 6- привод режущего механизма с кулачковой муфтой, 7 - пульт управления

Прессующий механизм состоит из корпуса, шнека и головки, в которой устанавливается сменная матрица. На конце шнека установлена сменная гомогенизирующая насадка. Корпус разборный, состоит из двух сегментов, соединенных между собой, с головкой и с основанием фланцами, имеющими по шесть болтов М12. Для сборки-разборки экструдера и смены матриц необходимо использовать прилагаемый ключ 17x19 (ГОСТ 2839—80). Шнек съемный подсоединяется к приводу за счет вильчатого зацепления. Для съема шнека применяется съемник.

Экструдер комплектуется набором из четырех матриц:

- для вспученных экструдатов;

- для полуфабрикатов вспученных экструдатов;

- для макарон;

- для вермишели и спагетти.

Смеситель состоит из корпуса, месильного органа, загрузочной воронки с задвижкой для регулирования скорости поступления сырья, патрубка для подачи воды или эмульсии. Режущий механизм в виде ротора с ножами имеет привод от вала смесителя через цепную передачу и сцепную кулачковую муфту. Он закрыт кожухом, имеющим дверцу, открывающую доступ к ножам и матрице, и снабжен аспирационным патрубком.

Органы управления экструдера. Пуск и остановка экструдера производятся с пульта управления.

На пульте управления расположены следующие управляющие элементы: индикаторная лампа, кнопка включения привода, кнопка выключения привода, перегрузочный амперметр. Индикаторная лампа своим свечением сигнализирует о наличии напряжения и указывает, что экструдер подключен к сети. Амперметр имеет предел точного измерения 0 - 20 А, рабочая часть при перегрузках 20 - 100 А. Рабочая часть шкалы обеспечивает контроль за нагрузкой электродвигателя в пределах его номинальной мощности. Режущий механизм включается и выключается поворотом установленной на кулачковой муфте ручки.

Система управления экструдером имеет защиту от перегрузки электродвигателя в виде теплового реле. От токов короткого замыкания в силовой части электрической схемы защита осуществляется расцепителями мгновенного действия вводного автомата. Цепь управления защищена плавким предохранителем.

Система управления имеет блокировку в виде концевого выключателя, срабатывающего при незакрытой дверке кожуха режущего механизма и обеспечивающего его безопасную эксплуатацию.

3.2 Описание проектируемой машины

Современные макаронные предприятия представляют собой сложные комплексы, оснащенные технологическим, транспортным, энергетическим, санитарно-техническим и вспомогательным оборудованием, а также средствами контроля, управления и блокировки. Технологическая надежность этого оборудования и аппаратуры во многом предопределяет качественные и технико-экономические показатели производства продукции.

В соответствии с Федеральной целевой программой стабилизации и развития агропромышленного комплекса научно-техническая политика в области производства макаронных изделий должна быть направлена прежде всего на снижение затрат материальных, энергетических и других видов ресурсов; создание, производство и использование новых видов сырья, в том числе нетрадиционного; повышение производительности труда. В частности, на макаронных предприятиях уже в ближайшие годы должны быть снижены энергозатраты на 15... 20%.

Основные направления научно-исследовательских работ имеют целью обеспечить высокое качество продукции, повысить потребительские свойства макаронных изделий, сохранить традиции, удовлетворить вкусы всех слоев населения.

Современный этап развития макаронного производства характерен тем, что на основе накопленных научных знаний и достижений в области биохимии, физико-химической механики, микробиологии многие традиционные технологические схемы и приемы кардинально пересматриваются и заменяются новыми, более прогрессивными. Это вызывает необходимость разработки и внедрения нового эффективного технологического оборудования.

Поиск патентов и авторских свидетельств выявил большой дефицит новых разработок в области макаронного производства.

Известен валково-шестеренный экструдер (приложение Б) состоящий из загрузочного устройства, рабочей камеры, шестеренных валков формующего устройства, разрыхлителя, конфузора, диффузора и штуцеров. На основе этого экструдера разработан макаронный пресс.

Макаронный пресс состоит из ворошителя, тестосмесителя, шнека. Пресс работает следующим образом: сырье с водой подается в ворошитель, где происходит интенсивное смешивание муки с жидкими компонентами, далее тесто в виде крошки подается в тестосмеситель, где ему создается определенная структура. Применение ворошителя способствует повышению качества продукта (плотность, прочность, однородность). Техническим результатом, получаемым от использования ворошителя, является повышение однородности и плотности получаемой продукции.

3.3 Расчеты производительности, потребной мощности

Расчет прессующего устройства

Производительность макаронного пресса характеризуется количеством теста, подаваемого шнеком к матрице в единицу времени, и пропускной способностью матрицы.

Фактическая производительность (кг/ч) нагнетающего шнека

, (45)

где m – число заходов шнека, m = 1;

R – количество шнеков, R = 1;

R2 и R1 – наружный и внутренний радиусы шнека, R2 = 3 см, R1 = 1,5 см;

S – шаг витков винтовой линии шнека, S = 6 см;

b2 и b1 – ширина винтовой лопасти в ее нормальном сечении по наружному и внутреннему радиусам шнека, b2 = b1 = 0,8 см;

n – частота вращения шнека, n = 90 мин-1;

Кн коэффициент заполнения межвиткового пространства тестом, Кн =0,25;

Кп коэффициент прессования теста, учитывает степень уплотнения тестом Кп = 0,5;

Кс коэффициент (приведенный), учитывающий качество прессования, Кс=0,9;

α – угол подъема винтовой линии, рассчитывают по формуле (46).

; (46)

Rср – средний радиус шнека

. (47)

Подставив значения в формулу (47) получим

 см;

Подставляя полученные значения в формулу (45), получим

 кг/ч.

Мощность привода шнека (кВт)

 (46)

Получим

 кВт.

Определение длины шнека

Под рабочей длиной шнека понимается длина шнека, на которой действует давление прессуемой массы. Она равна 3 шагам винтовой лопасти шнека

 (47)

см.

Общая длина шнека

, (48)

где L – общая длина шнека, см;

Lз – длина загрузки, Lз = 3S;

LТ – длина транспортировки, LТ = 3S;

Lк – длина конического окончания шнека, Lк = S.

Тогда по формуле (48) получим

 см.

Расчет на прочность шнека

Средний угол подъема винтовой поверхности находим из соотношения:

. (49)

Получаем

.

Интенсивность сплошной осевой нагрузки определяем по формуле

, (50)

где  и , (51)

Получим

. (52)

При х = , qx = qmax и

, (53)

таким образом

 кГ/см.

Реакция упорного подшипника

, (54)

 кГ

где m1 – число рабочих витков.

При расчете на прочность число рабочих витков следует принимать равным числу, расположенных между загрузочным отверстием и прессовой камерой.

Крутящий момент определяют по формуле (55).

, (55)

 кГсм.

Согласно теории наибольших касательных напряжений, эквивалентное напряжение

 (56)

или по формуле

. (57)

Осевая сила S передается до упорного подшипника, а крутящий момент Мкр – от шестеренчатой передачи до первого рабочего витка шнека; поэтому при расчете на прочность необходимо проверить самое слабое сечение на этих участках. Для вала сечением R2 = 15 мм напряжения

, (58)

 кГ/см2.

, (59)

 кГ/см2.

Эквивалентное напряжение

 кГ/см2.

Изгибающие моменты в витке шнека, действующие на внутреннем контуре (при r = R2), определяют по формуле

При μ = 0,3

 (60)

. (61)

При

.

Напряжения определяют по формулам

, (62)

 кГ/см2 (δ – толщина витка шнека).

 кГ/см2.

Изгибающие моменты на внешнем контуре определяют по формуле (63)

при μ = 0,3 и α = 2

. (63)

. (64)

Получаем

 кГ/см2.

В опасном месте у тела шнека при r = R2

 кГ/см2 (σ1 = σr, σ3 = 0).

Определяем диаметр выходного конца вала по минимальным значениям допускаемых напряжений

Страницы: 1, 2, 3