Обґрунтування конструкції машини очищення коренеплодів сухим способом
Автор: Сапсай Ярослав Анатолійович
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 продуктів харчування - очищення коренеплодів, таких як картопля, буряк, морква, редька і інші, зокрема за допомогою сухого очищення, а не миття. Об’єкт дослідження – вібраційна машина очищення коренеплодів сухим способом. Предмет дослідження – розроблення принципової схеми та конструкції машини очищення, побудова параметричної моделі машини очищення, параметрична оптимізація конструкції сита та рами при їх розрахунку на міцність. Метою магістерської роботи розроблення нової конструкції вібраційної машини очищення коренеплодів сухим способом, створення її параметричної тривимірної моделі та дослідження міцності її ключових вузлів для підтвердження можливості надійної експлуатації. У першому розділі роботи описано причини виникнення забруднень овочів, способи та обладнання очищення, їх переваги та недоліки. У другому розділі роботи розроблена конструкція вібраційної машини для очищення коренеплодів, яка включає в себе горизонтальну циліндричну робочу камеру, оснащену лотками для завантаження і розвантаження, а також має раму, вібраційний привід, вертикальну пружинну підвіску та патрубок для видалення відходів. Усередині робочої камери, розташована жорстка циліндрична сітка з центральним віссю - стрижнем, який з’єднується з сіткою через низку радіально розміщених стрижнів. Робоча камера знаходиться на вертикальних пружинах підвіски, що мають підвищену поперечну жорсткість. Привід машини здійснюється за допомогою двох незалежних дебалансів, розташованих симетрично на боковій поверхні робочої камери поблизу завантажувального лотка. Розвантажувальний лоток розташований на торцевій частині робочої камери, протилежно від завантажувального лотка і дебалансів. Наявність робочої камери з циліндричною сіткою, стрижнів і вертикальних пружин підвіски, а також двох незалежних дебалансів для приводу гарантує ефективне сухе очищення коренеплодів без використання води та виведення забруднень за межі машини. Ця конструкція також сприяє зменшенню споживаної енергії під час експлуатації, підвищенню якості та продуктивності процесу очищення, забезпечує його неперервність і підвищує надійність машини. Крім того, ця машина є універсальною і може використовуватися для очищення різних видів коренеплодів. У третьому розділі роботи розроблена тривимірна модель конструкції вібраційної машини для сухого очищення коренеплодів, яка стане основою для її фізичного виготовлення. Конструкція на відміну від схеми має вже конкретні, чітко визначені форми елементів машини, їх зв’язків між собою. Маючи тривимірну модель можна отримати креслення машини, її вузлів та деталей для її виготовлення, або використовувати її для безпосереднього виготовлення машини сучасними засобами. Тривимірна модель розроблена в середовищі CAD системи Autodesk Inventor Professional 2022 низхідним та висхідними методами проектування. Найскладніші елементи конструкції: робоча камера, сито, привід є повністю параметризовані. Ключовим розміром, який визначає їх геометрію є внутрішній об’єм робочої камери, який залежить від поставленої продуктивності машини. Він залежить від внутрішнього діаметру камери та її довжини. Змінюючи ці розміри, можна міняти розміри цілої машини. Запропоновано і розроблено основний типорозмір даної машини – для внутрішнього діаметру робочої камери 850 мм та її довжини в 5000 мм, що дозволить максимально завантажити в неї 1456 кг коренеплодів. Це дозволить використовувати машину на фермерських господарствах різної величини. Здійснено перевірку на міцність елементів конструкції вібраційної машини очищення, зокрема її сита для очищення та несучої рами. Параметричний розрахунок проведено для каркасу, який складається з перемичок, стрижнів та центральної труби. Для оптимального варіанту конструкції сита була згенерована модель каркасу, та отримано карти розподілу напружень, переміщень, деформації та коефіцієнту запасу міцності по моделі. Максимальне напруження виникає в місці з’єднання радіального стрижня/пластини з центральною трубою і складає 63,75 МПа. Максимальне переміщення при максимальному навантаженні в каркасі складає 4,939 мм в середній частині каркасу у поздовжній перемичці в точці рівновіддаленій від поперечних перемичок. Результат розрахунку показав, що мінімальний коефіцієнт запасу міцності в рамі склав 1,83, тобто рама з обраним типом профілю витримує прикладені навантаження. Модальний аналіз коливної частини машини показав, що жодна з розрахованих її власних частот не співпадає з робочою зовнішньою та не є їй кратною. В четвертому розділі приведено розрахунок економічної оцінки проектного рішення. Обґрунтовано ціну продажу машини. Ключові слова: вібраційна машина, очищення, коренеплоди, робоча камера, пружинна підвіска, дебаланс.