Обґрунтування конструкції вузла приводу каруселі автомату розливу соків
Автор: Кабанов Костянтин Володимирович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютерний інжиніринг в машинобудуванні
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: У даній роботі досліджується важлива ланка в процесі виробництва плодоовочевих соків, а саме його дозування та розлив (фасування) у тару різного об’єму. Об’єкт дослідження – вузол приводу каруселі автомату розливу соків. Предмет дослідження – конструкція вузла приводу каруселі автомату розливу соків (її геометричні форми, фізичні параметри, взаємне розташування елементів). Метою магістерської роботи є оптимізація конструкції вузла приводу каруселі автомату розливу соків зі зміною його маси, форми елементів при збереженні експлуатаційних параметрів. У першому розділі роботи описано основні чинники консервування, основні технологічні прийоми, які застосовують при консервації продуктів харчування, види тари для консервів, технологію виготовлення фруктових, ягідних та овочевих соків, які є пастеризовані. У другому розділі роботи розроблено конструкцію дозувально-наповнювального автомату ДНЗ-2 призначений для об‘ємного дозування і наповнення металічних і скляних циліндричних консервних банок плодоовочевими соками густиною від 0,3 до 8,0 Па?с. За заданими вхідними даними продуктивності наповнення розраховано кінематику автомату та потужність, яку слід затратити на функціонування всіх елементів автомату. Підібрано електродвигун приводу автомату. У третьому розділі роботи проведено аналіз вузлів автомату. Було визначено, що вузол приводу каруселі є занадто матеріалоємним стосовно прикладеного експлуатаційного навантаження. Тому ключовим кроком досліджень даної роботи полегшення конструкції даного вузла із збереженням та перевіркою його експлуатаційної міцності. Центральною деталлю вузла приводу каруселі є розміщений вертикально вал каруселі. Запропоновано зробити його пустотілим з мінімальною товщиною стінки 2 – 3 мм без зміни зовнішнього діаметру. Вал каруселі має багато ступеней, тому також запропоновано зробити порожнину у валі, яка б складалась з двох ділянок. Засобами Stress Analysis CAD системи Autodesk Inventor Professional 2022 було проведено параметричну оптимізацію валу каруселі в аспекті перевірки його на міцність з визначенням кінцевої мінімальної товщини стінки. В результаті досліджень прийнято максимальний розмір внутрішнього діаметру нижнього отвору 58 мм, що дасть мінімальну товщину стінки в нижній частині валу 3мм, верхнього отвору порожнини – 88,79 мм з товщиною стінки 2,5 мм. Загалом дане дослідження показало експлуатаційну працездатність валу з високою надійністю. Коефіцієнт запасу міцності для діапазонів досліджуваних діаметрів не був нижчий за 7,2. Така його величина дає змогу компенсувати всі неточності та припущення в процесі моделювання та досліджень. Стакан дозатора, який переміщає дозатори по коловій траєкторії теж зазнав змін в новій конструкції вузла приводу каруселі як занадто матеріаломісткий елемент. Було зменшено зовнішній габаритний діаметр 25,7% та зроблено 6 вирізів в нижній плоскій частині деталі. За аналогічною методою як і для валу каруселі проведена параметрична оптимізація даної деталі з метою визначення максимальної висоти вибірки (параметр d121) для забезпечення її експлуатаційної міцності. В результаті досліджень встановлено, що за умови d121=5мм поставлені умови параметричної оптимізації виконуються: коефіцієнт запасу міцності склав 2,86, маса деталі – 34,651кг. З даними параметрами згенерована кінцева модель деталі, яка легша за вихідну 2,13 рази або на 39,234кг. Аналогічна модернізація відбулась і з деталлю корпус валу, яка кріпиться до станини автомату та є опорою через підшипники валу каруселі. До модернізації маса даної деталі (виготовлена з конструкційної сталі) складала 66,650 кг. Після модернізації даної деталі за рахунок зменшення стінок (зокрема вертикальної частини з 16,8 мм до 5 мм) її маса склала 37,874кг, тобто стала меншою на 43% або 28,776 кг. Завершальним етапом роботи було проведення модального аналізу вузла приводу каруселі з метою визначення основних власних частот коливань з метою співставлення їх з робочою частотою обертового руху валу каруселі для передбачення умов виникнення резонансу в системі. Дослідження показали, що виникнення резонансних явищ в конструкції вузла приводу каруселі при роботі автомату розливу соків теоретично неможливе. В результаті проведених досліджень вузол приводу каруселі автомату розливу соків зменшив загальну масу з 302,6 до 184,1 кг, тобто на 39,16%, або на 118,5 кг із збереженням надійної його експлуатаційної працездатності. В четвертому розділі приведено економічну оцінку проектного рішення. Обґрунтовано ціну продажу автомату розливу соків. (було сепаратора – перевірити у всіх) Ключові слова: автомат фасування, карусель, сік, консервування, оптимізація, міцність, вузол.