Автомат розливу пива в ПЕТ-пляшки

Даний автомат  розливу працює при надлишковому тиску (ізобаричному розливі). Наповнення пляшок проходе в декілька фаз  по периметру каруселі під час її обертання.

Першою фазою  є позиціювання і захват пляшок, під час якої продукт подається в кільцевий резервуар машини, створюється і підтримується потрібний тиск незалежно від рівня рідини в ньому. Відбувається подача пляшок і підняття пневмоциліндрами до контакту з клапаном наповнювача. Наступною фазою є подача тиску. Тиск подається в пляшку через пневмоуправління, яке приводе в дію кулачок і відкриває клапан. При цьому в пляшку поступає газ із резервуара. Інша, механічна система управління, викликає подальший поворот кулачка і встановлює пляшку в проміжне положення, звільнюючи таким чином клапан. Слідуючою фазою є наповнення, яке розпочинається, коли тиск всередині буде рівний тиску в резервуарі. Зворотня пружина викликає відкриття клапана. Продукт поступає в пляшку за рахунок гідростатичного тиску. По мірі поступання рідини газ, що міститься в пляшці виштовхується в резервуар через газову трубку. Коли рівень рідини досягне нижнього кінця трубки і закриє вихід газу в резервуар, наповнення закінчиться. Якщо пляшка бракована, що заважає вирівнюванню тиску в ній та резервуарі, або взагалі відсутня, то клапан наповнення не відкривається. Наступною фазою буде закриття. Механічне управління приводить в дію кулачок і закриває клапан наповнення і подачі тиску. Вони залишаються закритими і на наступній фазі зняття тиску, коли виконується скидання тиску з пляшки. Газ, що залишився виходе через шийку.

 

Технічна характеристика

Продуктивність  автомата, пл./год.                16000

Число наповнювачів, шт                             50

Тип пляшки, ПЕТ, л                                  2,0

Робочий тиск в резервуарі, МПа                     0,28

Тиск стисненого повітря  в циліндрах, МПа         0,3

Електродвигун:

тип                                                 АИР112М4

потужність, кВт                                    5,5

частота обертання, об/хв                         1500

Габаритні розміри:

довжина, мм                                     2700

висота, мм                                      3350

 

4 РОЗРАХУНКОВА  ЧАСТИНА

             4.1 Технологічний розрахунок

Приймаємо до встановлення автомат розливу продуктивністю 16000 пл./год.

Розрахувуеємо тривалість обертання каруселі (в сек) за формулою: 

;                      (4.1)                                  

де  = 50 шт - кількість наповнювачів;

П=16000 пл./год – продуктивність автомату; пл./год

Частота обертання  каруселі (об/хв.)

                                 _(4.2)                                                       

 Діаметр кола  по центрах підіймальних столиків  (в мм) при кроці підіймальних столиків t=130мм становить:

                              (4.3)                                                                                                                                                                                 

Швидкість витікання  рідини (в м/с) із наповнювача:

                    (4.4)                                                                                                         

де  =0,4 – коефіцієнт витрати, що враховує властивості рідини і характер її руху;

- тиск в системі; Па

- густина пива при  _;

Визначаємо витрату  рідини (в м ³/с), що проходить через наповнюючий клапан

                                           (4.5)                                                                                                                                                                        

де F_к – площа поперечного перерізу кільця (в м ²) для виходу напою:

        (4.6)        

де D = 0,017 м – зовнішній діаметр кільця

   D = 0,009 м – внутрішній діаметр кільця

Знайдені величини підставимо у формулу (4.5): 

Продуктивність  наповнення однієї пляшки місткістю 2 л (в с):

                                    (4.7)                                                                                  

де V_пл = 0,002 м ³ – місткість пляшки

Тривалість операцій (в с) процесу наповнення пляшок на основі дослідних даних приймаємо такі:

підіймання пляшки -

підвищення тиску -

фаза швидкого наливу -

фаза заспокоєння  наливу -

зниження тиску -

_{опускання пляшки -}

продування впускного  клапана від залишку піни -

Для побудови циклограми тривалість кожної операції визначаємо із співвідношення

360 ^о – Т = 11,25                                        (4.8)                                                         

-                                                (4.9)                                                           

де  - кут, який відповідає виконанню певної операції.

Розраховуємо  кут повороту каруселі (в град), що відповідає тривалості операції:

 

 

Циклограма роботи автомата розливу для пляшок об’ємом 2л

A – підіймання пляшки;

B – підвищення тиску;  
     C – фаза швидкого наливу;

  D – фаза заспокоєння;

E – зниження тиску; 
     F – опускання пляшки; 
   J – продування впускного клапана від

залишку піни.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Фаза наливу ( C,D ) =

 

4.2 Енергетичний  розрахунок

 

Опір (в Н) від перекочування роликів по копіру

                      (4.10)                                            

де т - число роликів, що рухаються по копіру;

G = 60 Н – сила тяжіння штока з підшипником і пляшкою;

k = 0,02 – коефіцієнт тертя підшипника кочення;

D = 0,02 м – діаметр підшипника кочення;

Визначаємо число  роликів, шо рухаються по копіру:

                           (4.11)                                                                 

де  = 11,25 -тривалість обертання каруселі;с

=2,5 - тривалість опускання пляшки;с

=50 - кількість наповнювачів,шт

Приймаємо 11 роликів, що рухаються по копіру

Підставляємо  у формулу:

Н                                (4.12)                                           

Потужність N ₁ (в кВт), витрачена на перекочування роликів по копіру:

                                            (4.13)                                                             

де  - лінійна швидкість переміщення столиків (в м/с):

                               (4.14)                                           

де t = 0,13 м – крок піднімальних столиків;

  = 2,5 с – час переміщення роликів по копіру;

Знайдену величину підставимо у формулу (4.13) і визначимо:

Потужність, витрачена  на обертання каруселі (в кВт):

                                  (4.15)                                                                                   

де G = 17000 Н – сила тяжіння головного вала з прикріпленими до нього деталями

f = 0,02 – умовний коефіцієнт тертя кочення;

d₁ = 970 м – діаметр по центрам шариків упорного підшипника

- кутова швидкість каруселі (в  с ^-1)               

                              (4.16)                                      

Знайдені величини підставимо у формулу (4.15):

Розраховуємо  потужність, що споживається зірочками  по формулі:

                                      (4.17)                                             

де - максимальний момент опору обертання зірочки;

- кутова швидкість зірочки;  рад/с

Розраховуємо  максимальний момент опору обертання зірочки по формулі:

;                               (4.18)                                          

де _b=4 - кількість пляшок які одночасно переміщуються зірочкою; шт.

- вага пустої і повної пляшки;

= 0,02 - коефіцієнт тертя підшипника  кочення;

- ділильний діаметр зірочки;  м

Максимальний  момент опору обертання вхідної зірочки:

 

Максимальний  момент опору обертання вихідної зірочки:

Розраховуємо  кутову швидкість зірочок в рад/с :

                                      (4.19)                                                    

де  - частота обертання зірочки в об/хв.;

= 16000 пл/год= 266 пл/хв - продуктивність автомату розливу;

=10 - число зубів зірочки;

_{Підставляємо  у формулу:}

 об/хв.;

 рад/с

Потужність, що споживається вхідною зірочкою (в кВт):

Потужність, що споживається вихідною зірочкою (в кВт):

Сумарна потужність на головному валу автомата (в кВт):

                                      (4.20)                                                                            

де  - ККД приводу

                 (4.21)                                                               

_кп = 0,94-0,96 – ККД клинопасової передачі

= 0,7-0,8 – ККД черв’ячної передачі

= 0,98-0,99 – ККД підшипника

= 0,98 – ККД циліндричної зубчастої передачі

= 0,99 – ККД муфти

Тоді

 

Знайдені величини підставимо у формулу (4.15) і визначимо:

Приймаємо до встановлення електродвигун типу АИР112М4 потужністю N = 5,5 кВт і частотою обертання п = 1500 об/хв. масою 38 кг і

4.3 Кінематичний розрахунок

1 – двигун з варіатором, 2 – клинопасова передача, 3 - черв’ячна передача, 4 – шестерня завантажувальної зірочки, 5 – циліндрична зубчаста передача, 6 – карданна муфта, 7 – черв’ячний редуктор,  8 – циліндрична зубчаста передача.

Рисунок 4.1 - Кінематична схема привода автомату розливу

Визначимо загальне передаточне число приводу за формулою

                                (4.22)                         

З іншого боку

                                                         (4.23)

Приймаємо стандартні передаточні числа черв’ячної і циліндричної передач

u_чр = 50; u_цп = 6

За формулою (4.23) визначаємо передаточне число клинопасової передачі:

Частота обертання  черв’яка (в об/хв) черв’ячної передачі 3 і 8 (рис. 4.1):

                                    (4.24)

де п_дв = 1500 об/хв – частота обертання вала електродвигуна

Частота обертання  черв’ячного колеса (в об/хв) черв’ячної передачі 3 (рис. 4.1)

                                (4.25)

Потужність на черв’яку (в кВт) черв’ячної передачі 3 (рис. 4.1)

                     (4.26)

Потужність на черв’ячному колесі (в кВт) черв’ячної передачі 3 (рис. 4.1)

 

де N – потужність на валу елетродвигуна(у кВт)

Потужність на валу каруселі:

Визначаємо обертові моменти на валах в (Нм) за формулою:

 ;                                           (4.27)                                   

де N – потужність на валу, Вт

п – частота обертання вала, об/хв

на валу двигуна  по формулі (4.27)

де N = 5500 Вт потужність на валу двигуна;

п = 1500 об/хв частота обертання вала двигуна;

- на черв’яку черв’ячної передачі 3 по формулі (4.23)

де N = 5200 Вт потужність на черв’яку

п = 1595 об/хв частота обертання черв’яка

-  на черв’ячному колесі черв’ячної передачі 3 (рис. 4.1) по формулі (4.27)

де N = 3800 Вт потужність на черв’ячному колесі

п = 31,9 об/хв частота обертання черв’ячного

- на валу каруселі по формулі (4.27)

4.4 Конструктивний  розрахунок

Розрахунок клинопасової передачі

Діаметр меншого  шківа (в мм) визначають по формулі [2, с.130]:

                      (4.28)                                                            

де Т_дв = 35 ·10 ³ Н ·мм – обертальний момент на валу двигуна

Приймаємо d_1ш = 140 мм [2, с.120]

Діаметр веденого шківа (в мм) визначають по формулі [2, с. 130]

d_2ш = d_1ш ·и_кп ·(1 - e) = 140 ·0,94 ·(1 – 0,01) = 130,284  (4.29)

де e = 0,01 – коефіцієнт ковзання для передач з регульованим натягом пасів

Приймаємо d_2ш = 140 мм по табл. [2, с.120]