Разработка маслопрессовой машины

Разработка маслопрессовой машины

1. Обзорно-аналитическая часть

Производство растительного масла состоит из большого количества операций, в ходе которых используется следующие машины:

1. Воздушно-ситовые сепараторы типа ЗСМ служат для отделения примесей от семян. Примеси отделяют за два приема:

· первую очистку проводят перед сушкой при приеме семян на хранение;

· вторую очистку (производственное) проводят непосредственно перед переработкой в производственном корпусе.

Основными рабочими элементами в этих машинах являются ситовые рамы и аспирационная система.

2. Метод активного вентилирования семян является профилактическим средством хранения семян. Для длительного хранения семян масличных культур применяют метод тепловой сушки при котором семена нагреваются с помощью сушильного агента (воздух) и удаления влаги. Для данной операции применяют сушилки. Семена масличных культур можно сушить разными способами:

· в зависшем состоянии (пневматические сушилки);

· в кипящем слое (ротационные сушилки);

· при перемешивании (барабанные сушилки);

· в непрерывном потоке (шахтные сушилки);

· в подвижном слое, насыпью.

Рис. 1 — Общая технологическая схема получения масла из подсолнечных семян На рисунке 2 представленна схема пневматической сушилки.

Рис. 2 — Схема пневматической сушилки: 1 — регулировочная заслонка; 2 — смесительная камера; 3 — задвижка; 4 — труба отработанного теплоносителя; 5 — бункер-сепаратор; 6 — труба; 7 — питательный шнек; 8 — клапан для холодного воздуха

3. Машины для разрушивания масличных семян предназначенные для разрушения оболочки с целью дальнейшего ее отделения от «ядерного» продукта, так как она содержит вещества, переход которых в масло нежелателен. Шрот с лузгой также ниже по качеству, по содержанию протеина. Степень отделения оболочки влияет на производительность основного оборудования. Например, при снижении лузжистости ядра с 8 до 3% производительность прессового и экстракционного оборудования возрастет приблизительно на 10%.

Машины, которые применяются для разрушивания, основаны на нескольких способах разрушивания. Так для семян подсолнечника применяют многократные и однократные удары, а для семян хлопка — резание и скалывание.

Машины для разделения семян предназначены для получения самостоятельных технологических потоков: лузги, отделение которой как отхода производства связано со снижением потерь масла, сорбированного, пористой структурой лузги, снижение объема перерабатываемого материала и нагрузки на технологическое оборудование, снижение попадания в масло компонентов липидов, которые ухудшают его качество; ядра, которые нуждаются в дальнейшей обработке с целью отделения масла.

4. Степень различия между отдельными частями компонентов семени является предпосылкой для выбора принципа разделения семени, обоснования схемы и режимов работы оборудования.

В настоящее время получили распространениедва типа машин:

машины, которые разделяют семя сразу по размерам на ситах, а потом в воздушном потоке по аэродинамическим свойствам;

Машины, которые разделяют подсолнечные семена на ситах с разным движением (двойные встряхиватели и битер-сепараторы при разделении семян хлопка).

5. Машины для измельчения семян и ядра обеспечивают изобличение клеточной структуры перерабатываемого масляного материала, которое облегчает выделение масла как прессованием, так и экстракцией. Глубина изъятия масла связана с полнотой изобличения клеток.

Существуют разные способы измельчения ядра и семени:

· сжатие со сдвигом,

· истирание,

· удар,

· раздавливание.

Для измельчения семян и ядра наиболее распространены вальцовые станки. Конструкции вальцовых станков, которые используются для измельчения масляных материалов, отличаются расположением валков (вертикальное, горизонтальное и диагональное).

Схема конструкций вальцовых станков показана на рисунке 3.

6. Аппараты для влаго-тепловой обработки семян обеспечивают перераспределение масла по формам связи с материалом внаправлении увеличения свободного масла, которое интенсифицирует и углубляет снятие масла на следующей стадии прессования подготовленного таким образом материала.

Рис. 3 — Схема конструкций вальцовых станков: а — однопарный; бы — двупарний; в — пятивальцьовий Сама операция влаго-тепловой обработки включает два этапа: увлажнение капельной влагой или водным паром до заданной величины и дальнейшая сушка слоя материала, который перемешивается.

Наиболее распространенными аппаратами для осуществления операции влаго-тепловой обработки семени являются чанные жаровни (рис 4), в которых в верхнем чану осуществляется этап увлажнения, а во всех следующих чанах — сушка. В настоящее время существует тенденция для отдельных этапов влаго-тепловой обработки применять отдельный аппарат.

7. Машины для получения масла путем прессования применяются для получения масла механическим способом путем прессования масляного материала, который прошел предварительную подготовку. Этот способ получения масла распространен практически на всех заводах, где основной остается технологическая схема «форпресование-экстракция».

В настоящее время применяется только непрерывный способ прессования на шнековых прессах. Различают шнековые прессы для предварительного получения масла (форпресы) и для окончательного получения масла (экстракторы). Главное отличие в конструкции основного рабочего органа шнекового пресса — шнековый вал, который собран из отдельных витков, которые насаждаются на общий вал.

Рис. 4 — Чанная жаровня: 1 — лопатка ножа мешалки; 2 — вал жаровни; 3 — привод жаровни; 4 — аспирационная трубка; 5 — чан; 6 — паровая оболочка днища и стенок чана; 7 — днище чана

Прес-екструдер ПЕМ-01 предназначен для получения растительного масла способом давки семян подсолнечника и других масляных культур.

Высокоэффективная безотходная технология, которая применена в процессе переработки сырья, позволяет получить высококачественное масло и жмых с высоким содержанием протеина.

Пресс состоит из корпуса, шнека, который приводится во вращение электродвигателем через ременную передачу и редуктор.

Для подачи сырья в пресс служит воронка, через которую сырье подходит в шнековую камеру. Шнек перемещает массу, которая прессуется в шнековую камеру, вследствие чего происходит ее сжатие. Отжатое масло проходит через щели головки и сливается в лоток. Отходы в виде жмыха выходят наружу через исходное отверстие в насадке, которая устанавливается на головку с помощью гайки накидной.

Изменение величины исходного отверстия проводится путем изменения насадок (для семян разных культур и сортов). Диаметр исходного отверстия маркирован на боковой поверхности насадки.

Шнековый пресс для вытягивания масла представлен на рисунке 5.

8. Машины для первичного очистки прессованного масла предназначены для разделения суспензий, которые, как известно, производят методами отстаивания и фильтрации. При этом отстаивание возможно как в поле гравитационных сил, так и в поле центробежных сил. На практике при первичномочищении применяют все указанные методы, которые обеспечиваются такими машинами, как дисковый механизированный фильтр, центрифуга.

Рис. 5 — Прес-екстудерПЕМ-01: 1 — корпус; 2 — шнек; 3 — насадка; 4 — воронка; 5 — болты; 6 — электродвигатель; 7 — гайка накидная; 8 — головка; 9 — редуктор; 10 — лоток; 11 — электрошкаф; 12 — рама; 13 — шкивы; 14 — ремни; 15 — подмоторная плита; 16 — промежуточная плита; 17 — штора бункера Техническая характеристика пресса-екструдераПЕМ-01:

Производительность техническая по семенам, кг/ч…180

Установленная мощность, кВт… 4,0

Напряжение переменного тока, В…380

Частота, Гц…50

Скорость обращения шнекового вала, об/мин…45

Влажность семян, %…6−8

Габаритные размеры, мм…1200Ч500Ч1235

Масса, кг…280

9. Оборудование для подготовки жмыха к экстракции. Эта подготовка сводится к осуществлению последовательных операций: предварительному измельчению макухи ракушки ножами, которые устанавливаются на выходе из прессов; вторичному измельчению в локальных шнеках на кучки размером не больше нескольких сантиметров; пропусканию измельченной ракушки через магнитные сепараторы; измельчению кусков на измельчителях (молотковых, дисковых и др.) в крупу; калиброванию крупки на ситовых барабанах; кондиционирование крупки в чанных жаровнях, а потом прокатке в лепесток в парных плющильных вальцовках.

2. Технологическая часть

2.1 Требования к сырью и качеству готовой продукции

Сырье масложировой промышленности, в данном случае семена подсолнечника должно отвечать требованиям, которые выдвигаются тем или иным предприятием или организацией, к которым они поступают. Самые главные из требований — маслянистость и влажность семян. Маслянистость в большинстве случаев зависит от сорта культуры и условий выращивания, а влажность — от условий сбора семенной массы и ее хранения. Во время хранения имеет место такой процесс, как дыхание. Он зависит от влажности семян и плохо влияет на его качество. Энергию для дыхания семена получают за счет затраты запасных веществ — масла.

Интенсивность дыхания семян зависит от трех факторов — содержимого влаги в семенах, температуры семян и газового состава атмосферы, которая окружает семена. Эти факторы влияют не только на масличные семена, но и на все живые компоненты семенной массы — микроорганизмы, которые всегда присутствуют на семенах и сорняковых примесях. Семена сорняков, присутствие которых в масличных семенах является возможным и зависит от степени засоренности семенной массы, а также и разных насекомых (клещей, долгоносиков и др.), являются возможными практически всегда.

Влажность семян. Семенная масса, которая состоит из масличных семян, которые полностью дозрели на растении, имеет низкую влажность и низкий уровень дыхания. Условия для жизнедеятельности других компонентов в сухой семенной массе также усложненны. При повышении влажности семян интенсивность дыхания растет сначала медленно, потом, начиная с определенной границы влажности, интенсивность дыхания резко увеличивается.

Скачкообразный рост интенсивности дыхания, которое свидетельствует об активировании всех биологических процессов в семенах, обусловленном появлением в тканях семян свободной воды. Свободная вода, в отличие от связанной, присутствующей в сухих семенах, способная участвовать в химических реакциях, в том числе и таких, которые сопровождаются затратой запасных веществ семян, — липоидов.

Чем высше маслянистость семян, тем при низшей влажности необходимо его хранить.

Масличные семена, которые хранятся при влажности выше критической, интенсивно дышат, выделяя в окружающую среду много тепла и влагу. Поэтому температура и влажность семенной массы начинают расти и процесс самосогревания, который начался даже в одной части семенной массы, быстро охватывает все семена, развиваясь ускоренно по типу цепной реакции.

Температура семян. Хранение семян при повышенных температурах также способствует усилению дыхания семенной массы. Низкие температуры замедляют биохимические процессы в семенах. Значительный интерес, поэтому представляют хранение семена в охлажденном состоянии, возможном осенью и зимой в условиях естественного охлаждения семенной массы продувом сквозь нее холодного атмосферного воздуха (активное вентилирование семян).

В этих условиях оказывается возможным даже хранение семян при влажности выше критической.

Жизнедеятельность микрофлоры и насекомых полностью тормозится. При наступлении тепла и невозможности поддерживать в семенной массе низкие температуры влажные семена не могут быть сохранены через быстрое развитие в них процесса самосогревания.

Газовый состав атмосферы межсеменных пространств. Можно хранить влажные семена, если изолировать их от кислорода атмосферы. При отсутствии кислорода в межсеменных пространствах происходит притеснение жизнедеятельности всех живых компонентов семенной массы — семян, микроорганизмов, насекомых. Это позволяет хранить влажные семена в так называемых герметичных условиях, которые исключают газообмен с атмосферой.

Хранение влажных семян в бескислородных условиях в присутствии химических консервантов сопровождается их гибелью как живого организма — сходство его становится равной нулю, возможные также некоторые качественные изменения липидов, хотя технологическая переработка семян никаких осложнений не вызывает.

При неудовлетворительных условиях хранения даже до возникновения самосогревания происходит интенсивный гидролитический распад масла и глубокая денатурация белковых веществ семян. Окисление жирных кислот масла сопровождается образованием низкомолекулярных продуктов, в результате чего масло получает специфический горьковатый вкус. Белковые вещества через денатурацию теряют свою пластичность. Из таких семян уже нельзя получить мезгу хорошей структуры при влажно-тепловой обработке в жаровнях, поэтому отжимание масла на шнековых прессах усложняется. Экстрагирование масла из мук, полученных из испорченных при хранении семян, протекает медленно, шрот имеет повышенную маслянистость. В испорченных семенах возникают новые и глубоко изменяются имеющиеся вещества красок. При переработке эти вещества переходят в масло, потому она имеет темный цвет, который немного ослабляется при рафинации.

Для исключения разрушительных процессов в семенах, которые хранятся, перед складированием семян проводится комплекс подготовительных работ, который заключается в очистке их от мусора (минерального и органического) и масличных примесей, удалении из семян лишней влаги (сушение), снижении температуры семян.

В масле, полученном из масличного сырья, определяются показатели, которые характеризуют его качество. К таким показателям относятся: запах, цвет, количество взвешенных частей (отстой), содержимое минеральных веществ (золи), температура вспышки и воспаления, кислотное число, йодное число, содержание фосфолипидов.

Требования к качеству нерафинированного масла представлены в таблице 2.1.

2.2 Расчет потребности основного и вспомогательного сырья по существующей технологии

Для расчета потребности основного сырья необходимо знать следующие показатели: маслянистость семян, влажность, засоренность, и так далее. В нашем случае используем показатели анализа семян (таблица 2.1), взятые с определенным допущением, и проводим расчет.

Таблица 2.1 — Требования к качеству масла

Таблица 2.2 — Выходные данные расчета состава та объёма сырья

1. Снятие минерального и органического мусора [3]:

(2.1)

2. Выход лузги без учета расходов влаги в производстве [3]:

(2.2)

3. Влажность лузги в семенах [3]:

(2.3)

4. Выход лузги с учетом потерь влаги [3]:

(2.4)

5. Выход форпресовой макухи [3]:

(2.5)

6. Остаток масла в форпресовой макухе [3]:

(2.6)

7. Потери масла в лузге [3]:

(2.7)

8. Выход форпресового масла [3]:

(2.8)

9. Потери влаги [3]:

(2.9)

Делаем расчет изменения объемов сырья за этапами переработки.

1. Нужное количество семян для получения 500 килограмм масла:

2. Снятие минерального и органического мусора:

3. Выход лузги без учета потерь влаги в производстве:

4. Влажность лузги в семенах:

5. Выход лузги с учетом потерь влаги:

6. Выход форпресовой макухи:

7. Остаток масла в форпресовой макухе:

9. Потери масла в лузге:

10. Выход форпресового масла:

11. Потери влаги:

Баланс сырья ведем с учетом того, что поданое в производство сырье прошло предыдущую очистку и сводим в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 — Балланс сырья

2.3 Предложения по реализации отходов предприятия и неиспользованного сырья

Отходами производства растительного масла являются шрот, макуха и лузга.

Шрот и макуха являются сырьем для производства пищевого белка и применяются в комбикормовой промышленности поскольку содержат ценные для животного организма вещества. Наиболее богатой на сырой протеин, который хорошо усваивается желудочно-кишечным трактом животных является макуха (таблица 2.4).

Лузга используется в гидролизной промышленности в сельском хозяйстве. Также возможное использование лузги в качестве органических удобрений в растениеводстве.

Таблица 2.4 — Физико-химический состав макухи

Подсолнечная макуха заняла крепкое место в кормовом балансе животноводства как самый ценный концентрат протеина. Основное количество его используется для производства комбикормов, в которых он занимает от 4 до 50% в зависимости от целевого назначения комбикормов. В состав белково-витаминных добавок его включают 40.50%.

Протеин подсолнечных макух отличается большим содержимым метионина, которым бедные корма зерновых злаков и бобовых, а также макухи, полученные из семя других масличных культур. Подсолнечные макухи богатые тринтофаном; но бедные лизином. Из расчета И. С. Попова ориентированная обеспеченность молодняка в критических аминокислотах при скармливании подсолнечного шрота следующая /в% к потреблению/: поросенка — лизином 58%, метионином + цистин 130%, тринтофаном 109%; цыпленка соответственно 71%, 110% и 120%.

По содержимому аминокислот макуха не уступает белковым яйцам, но содержит меньше лизина и метионина. По содержимому гистидина и аргинина шрот превосходит белок яйца.

Подсолнечная макуха отличается большим богатством витаминов группы В. В нем никотиновой кислоты задерживается 184 мкг/м, тогда как лучшие пшеничные зародыши содержат его лишь около 80 мкг/м, рибофловина 3,1.5.5, пантотеновой кислоты 30…60.60 мг в 1 г. макухи.

На качество макух значительно влияют тепловая обработка и механические влияния при переработке семян. Умеренная тепловая обработка способствует наиболее полному использованию протеина семян подсолнечника. Высокотемпературные режимы /120.1300С/ негативно влияют на стойкость аминокислот.

Подсолнечная макуха из очищенных семян имеет большую питательность, чем макуха из неочищенных. В макухе из очищенных семян содержание протеина больше на 9.15%, а содержание сырой клетчатки меньше на 11,3%. Большое содержание клетчатки ограничивает применение такой макухи при кормлении птицы и свиней.

Лузгу семян подсолнечника измельчают до мелкого размола /остаток на сите диаметром 2 мм, не более 5% / и настаивают на нагретой до1000С в воде в течении 30 минут. Корм становится мягким, получает специфический аромат, в нем снижается содержимое сырой клетчатки.

Обычную помельченную лузгу рекомендуют скармливать вместе с другими грубыми кормами для предотвращения прессования. Нормы скармливания молодняка — до 30% сухого вещества рациона, коровам — не более 10%. Каждое следующее повышение уровня лузги на 10% снижает переваривание рациона на 7,7% и клетчатки на 4,9%.

Анализ технологических аспектов изготовляемой продукции показал, что производство масла на предприятии проходит согласно установленной технологии.

В результате технологического расчета определенно что для производства 500 кг подсолнечного масла нужно 1180 кг семян в состоянии, которое служит выходными данными для расчета параметров при усовершенствовании конструкции масличного пресса.

3. Конструкторская часть

3.1 Анализ технологического оборудования, которое используется при выполнении исследовательской операции и его классификация

Обоснование необходимости усовершенствования конструкции машины для производства растительного масла необходимо делать на основе изучения классификации машин для производства данной операции.

В зависимости от характера процесса различают прессы периодического и непрерывного действия.

Прессы периодического действия бывают поршневые.

Прессы беспрерывного действия бывают:

— ленточные;

— шнековые;

— шестеренные;

— вальцовые.

По конструкции прессы делятся на:

— стационарные;

— передвижные;

— вертикальные;

— горизонтальные.

По виду загрузки они классифицируются на прессы:

— с ручной загрузкой;

— с механической загрузкой;

— гравитационные;

— с вертикальным шнеком;

— с преклонным шнеком.

По способу выгрузки прессы непрерывного действия классифицируются на прессы с автоматическим и ручным отводом продукта.

Шнековые прессы разделяются на три группы:

— прессы для прдварительного получения масла (форпрессы);

— прессы для конечного получения масла (экспеллеры);

— прессы двойного действия.

3.2 Технологические, санитарно-гигиенические, технические и другие требования к классу машин, которому принадлежит конструкторская разработка

В перерабатывающей промышленности к каждой группе машин выдвигается ряд требований. Для машин, которые производят масло из растительного сырья существуют следующие требования:

- технологические:

· при обработке сырья максимально обеспечить степень ее уплотнения, с сохранением при этом пищевой ценности и качества продукта при минимальных расходах сырья;

· температура масла и жмыха не должна превышать допустимых значений из технологии;

· машина должна обеспечить качество изготовленного масла согласно ГОСТ с сохранением структуры, без дополнительных запахов и примесей;

влажность отходов после удаления масла должна быть согласно технологическим требованиям;

- технические:

· конструкция машин должна быть простой, удобной при разборке и сборе, легкой для санитарной обработки и дезинфекции, налаживания и регуляции;

· по конструкции машина должна быть универсальной, легко переналаживаться;

· машина должна быть надежной;

машина должна быть с малой удельной энергоемкостью при большой мощности, а также с малой удельной металоёмкостью;

- санитарно-гигиенические:

· недопустимо попадание в рабочую зону масла, ржавчины и металлических включений;

· детали, которые касаются продукта следует изготовлять из коррозионностойких материалов;

· конструкция машин не должна иметь мертвых зон для обеспечения качественной ее мойки;

при мойке материал рабочих органов не должен вступать в реакцию с моющими растворами;

— по вопросам охраны труда:

· машина не должна загрязнять окружающую среду и должна обеспечить безопасный труд оператора;

· оборудование и аппаратура должны отвечать требованиям ГОСТ 12.2.003−91 «Оборудование производственное. Общие требования безопасности», ГОСТ 12.2.124−90 «Оборудование продовольственное. Общие требования безопасности». ;

· пусковые устройства электродвигателей (кнопки, рукоятки, и тому подобное) должны иметь надписи, которые объясняют их функциональное назначение;

· трубопроводы должны быть окрашены в познавательные цвета и иметь предупредительные знаки и маркировочные щиты по ГОСТ 14 202–69 «Трубопроводы промышленных предприятий. Опознавательная окраска, предупреждающие знаки и маркировочные щитки»;

· аппараты, сосуды, которые работают под давлением не выше 0,07 МПа (0,7 кгс/см), после монтажа и ремонта (с применением сварочных элементов, которые работают под давлением), а также периодически, в сроки, которые установлены производственной инструкцией, должны испытываться гидравлической пробной давлением 0,2 МПа (2 кгс/см²) или согласно нормами завода-производителя).

3.3 Анализ конструкций машин исследуемого класса и выявления проблем, которые возникают во время их эксплуатации

Пресс МП-63.

Этот пресс предназначен для предварительного получения масла из семян. Редуктор пресса МП-63 установлен отдельно от пресса и соединяется с ним муфтой. Станина пресса — чугунная плита с прямоугольными отверстиями в боковых стенках, закрытыми щитами. В середине станины установлен зеерний барабан с следующими диаметрами: 250, 200, 220 и 240 мм.

Зеерный барабан прессу состоит из скоб и соединительных планок, которые составляют каркас зеера.

Шнековый вал представляет собой ступенчатый вал, благодаря которому достигается определенная степень сжатия и равняется 18,3. На конце шнекового вала расположен регулятор с помощью которого меняется исходная щель. В отличие от других форпрессвв, пресс МП-63 имеет устройство для механизированного зажима конуса, который позволяет менять ширину исходной щели пресса без его остановки. Шнековый вал пресса МП-63 может вращаться с частотой от 19 до 26 об/мин.

Недостаток этой конструкции пресса является присутствующий отдельно смонтированный редуктор, который приводит к увеличению габаритных размеров прессовой установки и увеличения металлоемкости всего пресса.

Пресс ЭП.

Этот пресс относится к группе прессов — экспеллеров. Производительность пресса небольшая и равняется 17−20 тон в сутки. Станина пресса в отличие от других типов — сварная. Между стойками станины установлен зеер, который состоит из двух частей. На передней стойке установлен опорный подшипник вала. Зеерний барабан четырехступенчатый и имеет такой же профиль, как и в прессе ФП. Величина зазоров между пластинками изменяется по длине зеерного барабана.

Шнековый вал, как и в других типах прессов, разборной и собирается из 7 отдельных витков и 8 вставочних колец, которые устанавливаются на вал и стягиваются зажимной гайкой. Общая степень сжатия мезги равняется 3,25. Шнековый вал пресса в отличие от других конструкций, имеет просверленный канал, по которому пропускается вода или пар, что позволяет значительно сократить время шнекового процесса в период пуска. Частота вращения шнекового вала равняется 4,9 о/мин.

Недостатки пресса ЭП — это изгиб передней стойки станины (до 10.15), которая приводит к значительным повреждениям, отсутствие механизированной защиты шнекового вала, частый отрыв соединительных болтов муфты из-за отсутствия второго опорного подшипника вала.

Пресс МП — 21.

Этот пресс представляет собой агрегат, который состоит из жаровни, пресса, фильтрующего бачка, насосов и маслоохладительной системы. Станина пресса МП — 21 вылитая — чугунная. Шнековый подпрессыватель выполняет функции форпресса, который выполняет функцию предвариетльное получения масла. Из этого прибора вертикальный шнековый вал заключен в одноступенчатый вертикальный зеерний барабан, диаметром 155 мм, обычной конструкции.

Основной шнековый вал — горизонтальный, он выполняет функцию экспеллера. Он заключен в одноступенчатый горизонтальный зеерний барабан диаметром 150 мм, который имеет разъем в вертикальной плоскости. Вертикальный зеер одноступенчатый, он состоит из трех секций, горизонтальный зеер также одноступенчатый и имеет также три секции.

Узел вертикального шнекового вала состоит из 9 витков, которые одеваются на вал. Верхняя часть вала повышена в подшипниках качения, медленная и не закрепляется. Горизонтальный шнековый вал также составной и имеет 5 витков. Для снижения температуры в зеерном барабане пресса МП-21 используется специальная маслоохладительная система в которой масло охлаждается на 40 C.

3.4 Обзор авторских свидетельств и патентов направленных на усовершенствование машин этого направления

Малогабаритная установка «Термопресс-200» для производства растительного масла. Малогабаритная установка для производства масла прессовым способом «Термопресс-200» // Пища. И перераб. Пром-сть. — 1994. № 7.-С. 16. — Укр.

Описывается малогабаритная, высокопроизводительная, мобильная установка «Термопрес-200» для производства растительного масла способом прессования семян подсолнечника, льна и т. п. Производительность установки по сырью 200 кг в час. Установка поставляется системами автоматической защиты эл. привода, дистанционного изменения температуры, охлаждения барабана. Габариты -1800×700×2100 мм, масса 700 кг.

П.Г. Шнековый пресс. Schneckenpesse: Заявка 19 601 128 Германия, МПК В 30 В 9/16/ Skuras Dirk; IBG Monforts Gmbh u. Co.- № 19 601 128.0; Заявл. 13.1.96; Опубл. 17.7.97.

Предлагается пресс для отжима масла с маслечных семян. В цилиндрическом корпусе пресса расположен вращающийся вокруг горизонтальной оси шнек. На исходном конце корпуса смонтированна головка, которая прессует, с соплом. Семена из бункера транспортируются шнеком по направлению к головке, которое прессует. В конце шнека семена попадают в зазор между торцевой поверхностью шнека и головкой, где производится их прессование. Масло, которое выделяется при этом, вытесняется в зазор между корпусом и шнеком в направлении обратном направлению движения семян и выводится через отверстия в корпусе шнека. Последний выполнен 2-ступенчатым. Между ступенями шнека есть дросселирующее отверстие в виде кольцевого зазора между неподвижным кольцом, закрепленным в корпусе шнека, и кольцом, которое сидит на вале шнека. При проходе через дросселюющее отверстие производится предварительный отжим масла, которое вытесняется в направлении обратном направлению движения семян. Давление за дросселирующим отверстием падает, предварительно отжатые семена переходят во вторую ступень шнека и направляются к головке, которая прессует. Спрессованный жмых выходит из головки, которая прессует, в виде штранга. Благодаря двухступенчатому прессованию, шнек отличается высокой эффективностью отжима масла.

Предназначен пресс для отжима растительного масла из масличных семян. В цилиндрическом корпусе пресса расположен вращающийся вокруг горизонтальной оси шнек. На исходном конце корпуса смонтированная головка, которая прессует, с соплом. Семена из бункера транспортируются шнеком по направлению к головки, которое прессует. Сжатие семян и их прессование на участке по всей длине шнека не происходит. В конце шнека семена попадают в зазор между торцевой поверхностью шнека и головкой, где производится их прессование. Масло, которое выделяется при этом, вытесняется в зазор между корпусом и шнеком в направлении обратном направлению движения семян и выводится через отверстия в корпусе шнека, расположенные на некотором расстоянии от головки, которая прессует. Спрессованный жмых выходит из сопел головки, которая прессует, в виде штрангов. Сумма проходных сечений отверстий сопел выбирается согласно количеству массы, которая прессуется, которая проходит в единицу времени. Пресс отличается высокой производительностью. Оптимальный режим прессования устанавливается использованием нескольких сопел с определенным суммарным проходным сечением.

П. Шнековый пресс для отжима растительных масел: Пат. 2 094 233 Россия, МКИ6 В 30 В 9/14/ Зарембо-Рацевич Г. В., Ключкин В. В., Краснобородько В. И., Пареха А. Д., Лисицин А. Н., Федоров Г. Ф.; Всерос. НИИ жиров. № 94 037 459/08; Заявл. 3.9.94; Опубл. 27.10.97.

Предлагаемый пресс содержит зеерный цилиндр и размещенный в нем шнековый вал. Шнековый вал состоит из ряда шнековых звеньев и размещенных между ними конических втулок. Внешний диаметр большего основания конических втулок регламентируется выражением. Он зависит от объемной затраты материала, который прессуется, при прохождении его через площадь кольцевого сечения, образованного внешним диаметром зеерного цилиндра и критической скорости прохождения материала, который прессуется, через площадь этого кольцевого пересечения.

П. Пресс для извлечения жидкого масла из масличных семян: Пат. 2 096 180 Россия, МКИ В 30 В 9/12/ Бородин В. В., Гальченко Г. П., Мальцев В. Н., РезниковА.І.; НПО Т.Є.М.П. — № 92 006 835/02; Заявл. 7.11.92; Опубл. 20.11.97.

Задачей изобретения является создание пресса повышенной эффективности процесса извлечения масла. Задача решается путем снижения относительной ширины кольцевого зазора для выхода жмыха. Для этого в известном прессе, который имеет зеерную камеру и расположенный в ней шнек, консольный конец которого образовывает с исходным отверстием зеерной камеры регулированный кольцевой зазор для выхода жмыха. Жмых разделен на две зоны: исходную, с высотой винтовой лопаты в 8−9 раз превышающую ширину кольцевого зазора, и исходную, с высотой винтовой лопаты на 30−100% большей, чем высота винтовой лопаты в исходной зоне шнека. При этом центральный угол участков, который устанавливает винтовую лопату исходной зоны от 210⁰ до 255⁰, входной зоны — от 180⁰ до 270⁰, а конец лопаты входной зоны и начало лопаты исходной зоны размещенны на шнековом вале с зазором.

П. Шнековый пресс для отжима растительных масел: Пат. 2 104 872 Россия, МКИ⁶ В 30 В 9/16/ Мельтюхов В. А., Попельнух В. В., Сулима В. В.; Науч.-произв. коллектив. предприятие «Экструдер». — № 96 124 219/02; Заявл. 25.12.96; Опубл. 20.2.98.

Предлагается шнековый пресс горизонтального типа для отжима растительных масел из семян подсолнечника, рапса, лена, сои и т. д. Шнековый пресс для отжима растительных масел содержит рабочую камеру с загрузочным окном с секциями с непроницаемой стенкой и зеерными секциями, два расположенных вдоль этой камеры параллельно соединенных шнековых вала с переменным шагом и разной толщиной витков спирали и измельчительные кулачковые насадки. Начальный участок шнековых валов, выполненный на 1/3 их длины, сделанный с переменным отношением толщины витка к его шагу, который увеличивается дискретно в направлении от загрузочного окна к зеерної секции от 0,12…0,18 до 0,30…0,40. Предлагаемый пресс позволяет повысить производительность пресса по растительному маслу путем увеличения количества времени пропускания через рабочую камеру исходного растительного сырья, которое содержит масло, и интенсификации процесса переработки за счет увеличения объема проточной камеры в зоне начального участка шнековых валов.

П. Пресс для отжима растительных масел: Пат. 2 108 239 Россия, МКИ В 30 В 9/16/ Мельтюхов В. А., Мельтюхов М. В., Сулима В. В.; Науч.-произв. коллектив. предприятие «Экструдер». — № 96 124 208/02; Заявл. 25.12.96; Опубл. 10.4.98.

Изобретение относится к двухшнековым прессам горизонтального типа для отжима растительных масел из масляных семян подсолнечника, рапса, лена, сои и т. д. Пресс для отжимания растительных масел содержит рабочую камеру с последовательно расположенными секциями с непроницаемой стенкой, снабженными нагревательными элементами, и чередуются с ними зеерними секциями, и два разных внутри этой камеры параллельных соединенных шнековых вала, которые включают в себя шнеки и чередуются с ними — группы измельчительных насадок. Часть стенки каждой зеерной секции выполнена непроницаемой и снабжена нагревательным элементом. Предлагаемый пресс позволяет повысить степень отжима растительного масла благодаря оптимизации теплового режима для переработки исходного сырья и тем самым увеличивает производительность пресса П. Маслоотжимной агрегат: Пат. 2 098 464 Россия, МКИ⁶ С 11 В 1/06/ Тимошенко В. Б., Канджа С. Н.; Произв.-коммер. Фирма «АДМ». — № 95 119 874/13; Заявл. 24.11.95; Опубл. 10.12.97.

Предлагаемый маслоотжимной агрегат, схема которого представленная на рисунке 3.1 содержит камеру 1 подготовки материала, который содержит масло для прессованию и предварительного отжима масла, переходную камеру 2, камеру 3 окончательного отжима масла. Переходная камера выполнена составляющей с образованием зоны нормализации материала, который содержит масло, по влажности 4 и зоны 5 следующегоотжима (сжатия) нормализованного материала, который содержит масло. Причем в зоне нормализации часть переходной камеры 2 имеет аспирацийоное отверстие 6 и конечный участок рабочего шнекового вала 7, а в зоне следующего сжатия другая часть переходной камеры имеет зеерныен пластины 8 и цилиндрический конечный участок рабочего шнекового вала 9 с витком камеры окончательного отжима масла. Камера 3 окончательного отжима масла из материала, который содержит масло образованная кольцевыми зеєрними камерами 10, соединенными между собой через регулировочные сменные кольца 11. Исполнение камеры окончательного отжима, которая состоит из кольцевых зеерних камер, соединенных через сменные кольца, позволяет оптимизировать процесс отжима масла из материала, который содержит масло, перерабатывать разное по степени подготовки сырье, снизить металлоемкость маслоотжимного агрегата, энергоемкость, особенно в условиях мини производств.

Рис. 6 — Схема рабочего органа маслоотжимного агрегата

3.5 Описание конструкции и принцип действия машины и обоснование направления ее усовершенствования

Необходимость усовершенствования конструкции машин исследуемого класса состоит в том, что человек всегда хочет иметь более, чем сейчас и научно-технический прогресс никогда не останавливается на достигнутом. Совершенствовать можно разные факторы, начиная с размеров и заканчивая ступенчатыми шнековыми валами. Сначала надо очень тщательно осмотреть машину избранную для усовершенствования, т.к. каждая машина имеет свои преимущества и недостатки. Надо заметить, что сделавши преждевременный обзор конструкции машины, можно определить в ней слабые места и обдумать возможность усовершенствования той или другой детали. Даже можно сделать патентный поиск, чтобы собственными глазами увидеть конструкторские разработки и достижения прошлых годов.

Необходимость усовершенствования возрастает тогда, когда возрастает желание повысить производительность машины, то есть предприниматель или завод имеет достаточно свободных средств для этого шага. Всем понятен тот факт, что машина сделана по последнему слову техники, будет работать намного эффективнее, чем наоборот и приносить больший процент прибыли. Необходимо заметить, что роль машин в переработке сельскохозяйственной продукции состоит в том, чтобы уменьшить процент людской работы и повысить уровень прибыли предприятия. Будем иметь в виду и тот факт, который, совершенствуя машины, мы со временем выигрываем в любом случае. Таким образом не нужно колебаться, надо совершенствовать.

Если будем совершенствовать эти машины, то коэффициент их полезного действия возрастет, тем самым повышая их эффективность. А повышение эффективности и качества продукции выведет нас на высокий уровень мирового рынка.

Данная конструкция имеет такие основные детали как сварная станина; цилиндрический редуктор с передаточном числом, которое отвечает частоте вращения шнекового вала; электродвигатель; муфта которая передает крутящий момент от электродвигателя на редуктор; корпус, в котором расположен цельный зеерный цилиндр, а в нем цельный безступенчатый шнековый вал; под корпусом в котором расположен зеерний цилиндр и шнековый вал находится поддон с уборочной камерой для полученного масла.

Для подачи сырья в пресс служит питательный бункер, который подает сырье в шнековую камеру. Шнек перемещает массу в шнековую камеру, вследствие чего происходит ее сжатие. Отжатое масло проходит через зееые отверстия корпуса и сливается в лоток. Отходы в виде жмыха выходят наружу через исходное отверстие в дросселе (насадке).

Эта конструкция имеет довольно обычный вид. На изготовление ее необходимая небольшая трудоемкость и небольшие вложения средств, сравнительно с ее производительностью.

Эти машины имеют несколько проблем, которые снижают их производительность и повышают затраты работы и электрической энергии, такие как вращения мятки вместе со шнеком, который ведет к малой производительности; большой коэффициент вращения мятки, который зависит от большой подачи в загрузочное окно и от частоты вращения шнека, который ведет к большим потерям масла, которое остается в мятке; еще есть ряд проблем, но хотелось бы остановиться на этих и сделать некоторые усовершенствований, которые приведут к повышению производительности пресса и снижению коэффициента вращения.

Разрабатывать и совершенствовать будем узел зеер-шнека. Шнек вращается в зеерном цилиндре на оси вращения, которая совпадает с первым. Если сделать на внутренней поверхности зеерного цилиндра пазы, которые будут расположены на протяжении последовательного перемещения семян в прессе, можем тем самым уменьшить коэффициент вращения мятки вместе со шнеком за счет сопротивления, которое будет осуществляться при прохождении семян через пазы, которое может увеличить коэффициент перетирания семян и дать больший процент получения из них масла.

Предлагается сделать на внутренней поверхности зеерного цилиндра продольные пазы, которые снизят коэффициент вращения мятки вместе со шнеком и повысят производительность машины.

Для защиты электродвигателя от перегрузок предлагается, вместо цепного соединения установить предупредительную муфту, которая автоматически выключает передачу. Это вызвано тем, что возникновение максимальных нагрузок не может быть предварительно учтено. Среди предупредительных муфт была избрана муфта со штифтом среза.

3.6 Технологический и конструкторский расчеты параметров машины

Расчет параметров прессующего узла

Определяем пропускную способность пресса Q_М, кг/час

(3.6.1)

где G — вес семян, который необходимо переработать в смену, G=1180 кг

t_з — время работы машины за смену, t_з=5 часов.

Производительность пресса по семенам Q_М, кгчас, можно определить из эмпирического уравнения [4]

(3.6.2)

Рис. 7 — Расчетная схема

(3.6.3)

где D_З — внешний диаметр шнека, м

L_ш — длина шнека, м

n — частота вращения шнека, об/мин., принимаем: n=56

— обемкая масса семян, кг м ³, =400…440 кг м ³, принимаем: 400

— коэффициент заполнения, =0,287…0,550, принимаем: 0,5

К_п — коэффициент возвращения:

К_п=0,731

(3.6.4)

где L_З — длина зоны загрузки, г.

(3.6.5)

де S — крок шнеку, м, приймаємо:

Принимаем L_З=0,18 м

Определяем пропускную способность машины [4]:

(3.6.6)

где Q_м — пропускная способность по маслу, кг/ч.;

Q_ШР — пропускная способность по шроту, кг/ч.

Определяем пропускную способность по маслу изуравнения:

(3.6.7)

где К_вых — коэффициент выхода, %:

К_вых=36,5

Определяем пропускную способность по шроту из уравнения

(3.6.8)

(3.6.9)

(3.6.10)

(3.6.11)

Из уравнений (3.6.9), (3.6.10), (3.6.11) находим внутренний диаметр в начале D_в^пм

(3.6.12)

где S — шаг шнека, м:

S=0,06

n — частота обращения, об/мин:

n=56

К_о — коэффициент, который учитывает вращение продукта вместе со шнеком, К_о=0,7…0,75, принимаем К_о=0,73

— обемная масса семян, кг м ³:

=4003

К_В — коэффициент, который учитывает толщину витков и их профиль, К_В=0,7…0,9, принимаем К_В=0,8.

Изуравнений (3.6.9), (3.6.10), (3.6.11) находим внутренний диаметр в конце D_в^к, м

(3.6.13)

где _шр — обемкая масса шрота, кг м ³, =1000…1800 кг м ³, принимаем:

=1000

Находим пропускную способность масла [4]

(3.6.14)

где d_отв — диаметр отверстий, м, принимаем:

d_отв=0,006

U_ол — скорость прохождения масла, м/с, U_ол=0,6…1,0 мс, принимаем:

U_ол=0,8

Z₁ — количество отверстий, шт.

_ол — обемкая масса масла, кг м ³, _ол=960…970 кг м ³, принимаем:

_ол=970

Из уравнения (3.6.14) находим количество отверстий Z₁:

(3.6.15)

Принимаем Z₁=48 шт.

Ширина окна В_в должна быть такой, как внешний диаметр шнеку D_З

(3.6.16)

Принимаем В_В=0,175 м

Длина окна L_В должна быть не менее, чем шаг шнека в зоне загрузки, то есть

(3.6.17)

Принимаем L_В=0,08 м

Рассчитаем удельное сжатие семян, Р:

(3.6.18)

где — степень сжатия семян, =15,75 — относительно ширины исходной щели =10 мм;

W — влажность семян, %, W=14…16%, принимаем:

W=15

e — основание натуральных логарифмов;

b — эмпирический коэффициент, зависимый от влажности семян и температуры их жаренье, b=0,001, относительно температуры жаренья равной 90 С.

Практическую степень сжатия по семенам в прессе рассчитаем из уравнения

(3.6.19)

где ^т_пр — теоретическая степень сжатия семян в печати, ^т_пр=15,75;

3.7 Кинематический и энергетический расчеты машины

Расчеты мощности, необходимой для сжатия семян, N, кВт

(3.7.1)

где Q — количество семян, которое поступает в пресс за 1 оборот шнека, кг/об:

Q=0,07

n — частота вращения шнекового вала, об/мин.:

n=56

b — эмпирический коэффициент, зависит от влажности семян и температуры их жарки, относительно температуры жарки равной 90 С:

b=0,001

e — основание натуральных логарифмов;

W — влажность семян, %:

W=15%;

— обемкая масса семян, кг м ³: 400

U — скорость прохождения масла, м/с:

U=0,8

С учетом к.п.д. трансмиссии необходимая мощность будет составлять:

(3.7.2)

Для привода выбираем электродвигатель асинхронный 4А100L4P3 (ГОСТ 19 523−81) мощностью 3 кВт и частотой вращения 1420 об/мин., редуктор типа 1ЦУ-160−2-11У1 (ГОСТ 21 356−85): номинальная частота обращения исходного вала 56 об/мин., допустимый вращающий момент 490 .

Расчеты предохранительной муфты Для защиты электродвигателя от перегрузок кинематическая схема привода включает предохранительную муфту, которая автоматически выключает передачу. Это вызвано тем, что возникновение максимальных нагрузок не может быть предварительно учтено. Среди предохранительных муфт была вызбрана муфта со срезанным штифтом.

Рассчитываем предельные значения вращающих моментов машины и муфты.

(3.7.3)

где — коэффициент запаса, введенный для того, чтобы муфта не срабатывала при пусковых нагрузках:

(3.7.4)

Для асинхронного двигателя 4А100L4P3 отношение.

(3.7.5)

где — мощность, необходимая для сжатие семян, Вт;

п — частота вращения шнекового вала, об/мин.

(3.7.6)

де — коэффициент запаса, принимаем =1,1.

(3.7.8)

где — - коэффициент точности срабатывания муфты, принимаем =1,2.

Штифт изготовляем из сталей марки не ниже 45 с закалкой. Втулка из 40Х, закаленная до HRC 35−40. Штифт должен срезаться под действием предельного момента.

(3.7.9)

где d — диаметр штифта в опасномперерезе, м;

R — радиус окружности, на которой находятся осы штифтов, м, принимаем:

R=0,08

z — число штифтов, шт., принимаем:

z=1

— граница прочности на срез,

Определяем диаметр штифта в опасном сечении, м:

(3.7.10)

Выбираем штифт диаметром 4 мм и длиной 30 мм; а втулку диаметром 15 мм.

3.8 Расчеты на прочность ответственных деталей машины

Расчеты на прочность вала Определим крутящий момент, который передает деталь [11]:

(3.8.1)

(3.8.2)