Вертикальний шнековий дозатор

Вологі матеріали володіють  великими силами зчеплення і, як правило, відносяться до погано сипучих.

Сила зчеплення залежить від степені вологості, пористості, розміру і форми частинок. Так як сили зчеплення пропорційні сумарній площі контакті між частинками матеріалу, то вони проявляються в більшості у дрібнодисперсних матеріалах. Отже, чим менший розмір складових частин сипкого матеріалу, тим більші сили поверхневого зчеплення між ними.

Тому кускові матеріали  прийнято відносити до добре сипучих, а дрібнодисперсні – до погано сипучих матеріалів.

Якщо кусковий матеріал забруднений дрібними частинками, що заповнюють простір між кусками, то здатність до витікання такого матеріалу визначається закономірностями витікання дрібних частинок, оскільки в процесі витікання зсуваються дрібні фракції. Великі частинки переміщаються як одне ціле.

Основною властивістю, що впливає на процес дозування, є  сипучість, яка характеризує рух  матеріалу в площині отвору ємності. Вільно насипаний пухкий матеріал, насичений повітрям, не чинить помітний опір тискові і витіканню. Якщо ж сипкий матеріал завантажити в бункер чи іншу ємність (де відсутня можливість бокового розширення), картина різко змінюється. Під тиском ваги вище лежачих шарів в матеріалі виникають напруження. Пористість його зменшується, що приводить до збільшення об’ємної маси і числа точок контактів частинок. При ущільненні матеріалу витісняється повітря і виникають молекулярні сили, що сприяють зміцненню всієї системи. Внаслідок чого витікання сипких матеріалів з отвору часто ускладнене, що, крім того, зв’язане з особливостями розподілу тиску сипкого матеріалу по висоті ємності.

При однаковому тиску  степінь ущільнення багатьох матеріалів різна. Ущільнення залежить від максимального тиску в середині матеріалу і впливає на його сипучість. Щоб забезпечити сипучість матеріалу з отвору бункера, тиск в середині матеріалу має бути досить низьким.

Від внутрішнього тиску залежать сили тертя і зчеплення. Чим більший тиск в елементарному об’ємі сипкого матеріалу, тим більші сили тертя і зчеплення між частинками.

За Гячевим Л. В. моделлю  сипкого середовища будемо вважати  тіло, що складається з абсолютно  твердих однакових по величині кулеподібних частинок, що знаходяться у взаємному контакті. Об’єм окремої частинки дуже малий порівняно з об’ємом сипкого матеріалу. Це припущення дозволяє приблизно вважати завантажений матеріал в бункері суцільним середовищем, у якому застосовано поняття напруження, аналогічне тому ж поняттю в механіці суцільних середовищ. Слід відмітити, що для великих ємностей, коли тиск в середині середовища досягає значних розмірів, щільність сипучого середовища наближається до щільності складових його частинок.

В процесі руху насипна щільність залишається постійною. З початку руху сипкого матеріалу з отвору бункера, частина опори в середині бункера втрачається, внаслідок чого є зміна тиску в середині матеріалу. Насипна щільність внаслідок розпушування зменшується, приближаючись до мінімального значення. В процесі витікання сипкий матеріал може або розширятись, або стискатись в залежності від початкової щільності пакування у відповідності з тиском, діючим на окремі його частинки. При цьому коефіцієнт щільності пакування частинок сипкого матеріалу в результаті часткового ущільнення чи розпушування прямує до деякого постійного значення, яке відповідає критичній щільності пакування для даного матеріалу при встановленому русі.

Будемо вважати, що при неперервному безперешкодному витіканні насипна щільність практично залишається постійною. Якщо в процесі руху насипна щільність сипкого матеріалу залишається постійною, то це рівнозначне його нестисканню.

Механічні властивості сипкого матеріалу  в різних напрямках однакові.

Фізико-механічні  властивості сипких матеріалів.

  Процес дозування безпосередньо  залежить від фізико-механічних  властивостей сипкого матеріалу, тому їх особливості мають вирішальне значення при виборі всього комплексу дозуючих пристроїв. Спосіб транспортування сипкого матеріалу також суттєво впливає на визначення схеми дозування і на вибір необхідних дозуючих і допоміжних пристроїв. Наприклад, при пневмотранспортуванні зменшується число контактів частина сипкого матеріалу, в наслідок чого полегшується його витікання з ємності. В процесах дозування сипких компонентів степінь рухомості частинок має основне значення.

Слід мати на увазі, що деякі пиловидні  матеріали взагалі не піддаються точному дозуванню. Це стосується в  основному гігроскопічних матеріалів з великими адгезійними силами.

Необхідно враховувати, що деякі фізико-механічні властивості  багатьох сипких матеріалів під впливом  різних факторів (вологості, температури  навколишнього середовища, а також в наслідок ущільнення) піддаються суттєвим змінам.

Для правильного здійснення процесу дозування необхідно знати характеристики і фізико-механічні властивості дозуючого матеріалу, тому розглянемо ті, які в тій чи іншій мірі впливають на процес дозування.

У шнекового дозатора навіть «класичній» (з вертикальним шнеком) конструкції два недоліки: відносно низька продуктивність і найменша точність порівняно з іншими дозаторами.

Якщо низька продуктивність зв'язана, перш за все, з властивостями  продуктів (недаремно продукти, що дозуються  на нім, називають трудносипучимі), що дозуються, то мала точність пов'язана багато в чому з тим самим коефіцієнтом заповнення і трудністю його визначення і точної підтримки в процесі роботи. Для підвищення точності дозування в процесі фасування застосовують контрольне визначення маси дози продукту (контрольне зважування). Найпростіше контрольне визначення маси дози - коли оператор, обслуговуючий автомат, періодично зважує упаковки з продуктом і при виході величини дози за межі допуску переналагоджує дозатор, змінюючи число оборотів шнека, необхідних для отримання дози.

Спочатку в тару від  одного дозатора поступає продукт в  кількості явного менше номінала (грубе або попереднє дозування). Тара з продуктом зважується. Якщо (що буває украй рідко) в тарі виявляється  надлишок продукту, то така тара бракується. У решті випадків, за наслідками зважування дається команда на певне число оборотів шнека другого дозатора, встановленого на іншій позиції переміщення тари, і продукт досипається до нормальної дози (тонке, точне або остаточне дозування).

У хорошому устаткуванні і після досипання проводиться ще одне зважування з метою отбраковки тари по масі продукту в ній. Зрозуміло, що роздільне дозування з одним або двома контрольними зважуваннями при збільшенні точності дози приводить до збільшення габаритів устаткування. Варто відзначити, що подвійне дозування може в деяких випадках привести і до зниження продуктивності. Для підвищення продуктивності застосовують одночасне дозування в дві або (у окремих випадках) одиниці тари. Але це знову ж таки веде до збільшення габаритів. Вихід очевидний, але технічно трудновиполнім: необхідно сумістити грубе і точне дозування на одному шнековом дозаторі.

У патентній літературі такі спроби зафіксовані. Але на устаткуванні, признаюся, такого суміщеного дозатора бачити не доводилося. На малюнку 4 представлена одна з таких спроб. У порожнистому всередині шнеку 1 розташований шнек з меншим діаметром 2. Спочатку працює великий шнек, видаючи попередню дозу. Потім він зупиняється і починає обертатися малий шнек точного дозування. Після досягнення в тарі необхідної величини дози, відключається і він. Зрозуміло, що робота малого шнека неможлива без одночасного контролю маси дози якимсь весоїзмерітельним пристроєм, що не у всіх випадках вдається сумістити. Тому застосування дозатора з шнеком усередині іншого шнека обмежене.

Виникають і деякі  технічні труднощі з приводом внутрішнього шнека і з надходженням продукту до малого шнека. Взагалі ж, на погляд автора, таке розташування двох шнеків прийнятніше в дозаторах з  горизонтальним розташуванням шнека.

На автоматах вертикального типу (комірних, створюючих плоский пакет, створюючих трубчасту упаковку «стік») таке контрольне зважування застосувати не вдається. Поступають по-іншому: проводять контроль маси вже готового заповненого пакету. Після автомата встановлюють пристрій, що контрольний-зважує (контрольні ваги). Суть роботи пристрою, що контрольний-зважує, у поєднанні з автоматом вертикального комірного типу, забезпеченого шнековим дозатором, полягає в наступному. Готовий заповнений пакет поступає на конвейєр автомата, що виводить, а з нього - на пристрій, що контрольний-зважує.

На нім визначається маса пакету, з неї віднімається маса упаковки, тобто визначається величина маси дози продукту в пакеті. Пакет поступає на вибраковочноє  пристрій. Якщо маса дози знаходиться в межах допуску, пакет прямує на подальші операції по груповій і транспортній упаковці споживчих упаковок. Якщо в пакеті спостерігається «недовага» або «перевага» дози, вибраковочноє пристрій скидає пакет в ємність для браку по масі дози. Є варіант, коли пакети з «перевагою» і «недовагою» поступають в різні ємності.

Пристрій високого класу, що контрольний-зважує, може програмуватися таким чином, що якщо підряд слідують, допустимий, три пакети з недовагою  або з перевагою, то від пристрою на дозатор поступає сигнал на коректування дози, і число оборотів шнека зменшується або збільшується.

Таке управління велічиной  дози є тим, що угорський дослідник  процесів фасування і упаковки доктор Бела Мадьярі-косса назвав «регулюванням  тенденции»1. Складність правильного застосування контрольних вагів полягає в наступному. З одного боку, пакет на пристрій контролю маси дози не може відразу поступати, допустимий, від губок поперечної зварки.

При безпосередньому  падінні пакету на весоїзмерітельную  майданчик вагів на ній виникнуть коливання, які перешкодять визначенню точної маси дози, а то і просто до розладнання вагів. Тому на виході з автомата доводиться застосовувати якісь проміжні пристосування, що м'яко укладають пакет на майданчик. З іншого боку, чим далі контрольний пристрій від дозатора, інакше, ніж більше між зважуваним і наповнюваним пакетом в ланцюжку знаходиться ще пакетів, тим менше ефект застосування контрольного визначення маси пакету.

 

Кінематичний  розрахунок дозатора

 

Розрахунок  кінематичної схеми приводу

Визначаємо частоту   обертання шнека:

Потужність на валу шнека:

 

 Розрахунок  клинопасової передачі

 

 

 

 

1. Обертовий момент  на меншому шківі:

 

T₁ = 2500 Н • мм.

 

2. Знаходимо потужність:

 

P = T_1* ω ₁= 2500 • 10-6 • 7,6 = 0,02кВт

 

приймаємо перетин клинового ременя А.

 

3. Діаметр меншого  шківа за формулою :

 

d1 = 60мм

 

4. Діаметр великого  шківа :

 

d2 = u • d1 • (1 - ε) = 2 •  60 • (1 - 0,015) = 118,5 мм.

 

де ε = 0,015 - відносне ковзання ременя.

Приймаємо d2 = 120 мм.

5. Уточнюємо передавальне відношення:

 

 

При цьому кутова швидкість  веденого шківа буде:

 

 

6. Міжосьова відстань a _ω слід прийняти в інтервалі:

 

a_min = 0.55 • (d1 + d2) + T0 = 0.55 • (60 + 120) + 8 = 94 мм;

 

a_max = d1 + d2 = 60 + 120 = 180 мм.

 

де T₀ = 8 мм (висота перерізу ременя).

 

Приймаємо попередньо значення a _ω = 180 мм.

7. Розрахункова довжина ременя по формулі:

 

Вибираємо значення за стандартом 650 мм.

 

 

 

8. Кут обхвату меншого шківа за формулою :

 

За рівністьтю 161⁰≥120⁰ підібрано вірно.

 

15. Швидкість:

 

V = 0.5 • ω₁ • d1 = 0.5 • 7,6 • 0,06 = 0,228 м / c.

 

Розрахунок  черв'ячної передачі

 

Визначаємо передавальне відношення:

де ω_к - кутова швидкість черв'ячного колеса,

ω_ч - кутова швидкість черв'яка

Діаметри ділильних  кіл, кіл виступів і западин черв'яка:

z₁ = 2 - кількість витків черв'яка,

z₂ - кількість  зубців черв'ячного колеса.

q - коефіцієнт діаметра черв'яка:

q≥0.25*z₂   тоді  q=0,25*40=10 

Згідно ГОСТ 2144-76

m=5 - осьовий модуль.

Визначаємо осьовий  крок:

 

Кут підйому гвинтової  лінії черв’яка γ знаходиться зa виразом:

Знаходимо ділильний  діаметр черв'яка:

Діаметр вершин зубців:

Діаметр западин зубців:

Ділильний діаметр колеса:

Діаметр вершин зубців колеса:

Діаметр западин зубців колеса:

Розміри маточини черв'ячного колеса:

d - діаметр вала.

Розміри вінця черв'ячного колеса:

=40,2мм

Швидкість ковзання черв'яка:

     Перевірочний розрахунок зубчастого колеса на контактну міцність виробляємо за допомогою формули:

 

Потужність на валу електродвигуна (черв'яка):

де ɳ=0,83 ККД черв'ячної  передачі.