P6 Przenośniki

Do użytku wewnętrznego
Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego
WYBRANE ZAGADNIENIA Z BUDOWY I EKSPLOATACJI
PRZENOŚNIKÓW W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM
Ćwiczenia projektowe
Opracowanie: Maciej Kabziński
Kraków, 2015
1
WIADOMOŚCI WSTĘPNE
Przenoszenie (transport materiałów) definiowane jest jako zespół czynności związanych z
przenoszeniem tych materiałów przy użyciu odpowiednich środków. Transport materiałów
stanowi istotną część procesu produkcyjnego, a środku transportu zaliczane są do środków
produkcji. Transport w przetwórstwie spożywczym dzieli się na zewnętrzny i wewnętrzny.
I tak, na transport zewnętrzny składają się dostarczanie surowców, półproduktów od
dostawców do zakładu oraz produktów gotowych z zakładu do odbiorców. W tym przypadku
środkami transportowymi są najczęściej pojazdy samochodowe i kolej, rzadziej natomiast
statki i samoloty.
Z kolei, transport wewnętrzny obejmuje przemieszczanie surowców, półproduktów,
dodatków do produktu oraz wyrobu gotowego wewnątrz przedsiębiorstwa. Ponadto do tego
rodzaju transportu zalicza się również odbiór surowców i półfabrykatów od dostawców, jak i
wysyłkę wyrobów gotowych (powiązanie transportu wewnętrznego z zewnętrznym). W
zależności od rodzaju przemieszczania w transporcie wewnętrznym można wyróżnić transport
międzyoperacyjny (np. w przetwórstwie mleczarskim przemieszczenie mleka z wirówki do
homogenizatora – w obrębie wydziału aparatowni) i międzywydziałowy (np.
przemieszczanie mleka odtłuszczonego z wydziału aparatowni do wydziału jogurtowni).
Wewnętrznymi środkami transportowymi są najczęściej rurociągi (przenoszenie surowców,
półproduktów i produktów w stanie ciekłym) oraz dźwignice i przenośniki (stosowane do
materiałów sypkich, w porcjach, surowców w stanie stałym, produktów w opakowaniach).
Dźwignice służą do przenoszenia ciał w sposób przerywany, natomiast przenośniki – w
sposób ciągły. Podstawowe cechy środków transportowych przedstawiono w tabeli 1.
Tabela 1. Cechy środków transportowych.
Dźwignice
− udźwig (dopuszczalny ciężar użyteczny
podnoszonych materiałów)
− prędkość ruchów (podnoszenia, jazdy,
obrotu, zmiany wysięgu)
Przenośniki
− rodzaj przenoszonego materiału
− kierunek ruchu
− wydajność
Ponadto, w przypadku przemysłu spożywczego, dla środków transportowych mających
kontakt z surowcami, półproduktami i wyrobem gotowym stawiane są specyficzne wymogi,
między innymi:
− zapewnienie możliwości łatwego i wygodnego mycia
− ochrona produktu przed możliwością przenikania do niego ciał postronnych
(zanieczyszczeń): smarów, produktów zużycia elementów trących itd.
Najbardziej powszechnymi rodzajami przenośników w przemyśle spożywczym są
przenośniki: podwieszone, taśmowe, członowe i zgarniakowe, wózki, ześlizgi i przenośniki
rolkowe oraz przenośniki ślimakowe.
PRZENOŚNIKI PODWIESZANE
Przenośniki podwieszane (rys. 1.) są przenośnikami o trasie okrężnej, służące do
przemieszczania ładunków jednostkowych (np. tuszek drobiowych) lub materiałów sypkich w
pojemnikach zawieszonych na specjalnych wózkach.
2
Rys. 1. Przenośnik podwieszony w ciągu linii technologicznej rozbioru drobiu.
Ze względu na konstrukcję i zasadę działania przenośniki podwieszone dzieli się na dwie
zasadnicze grupy:
1) przenośniki jednotorowe (wózki podtrzymujące cięgno napędowe oraz wózki nośne,
na których zawiesza się obciążenie użyteczne, są połączone na stałe cięgnem i
poruszają się po jednym wspólnym torze),
2) przenośniki dwutorowe zaczepowe (wyposażone w dwa tory, z których jeden górny
jest przeznaczony do prowadzenia wózków podtrzymujących cięgno z zaczepami, a
dolny dla wózków dolnych z zawiesiami, na których umieszczone są transportowane
ładunki; wózki nośne przeciągane są wzdłuż toru za pomocą zaczepów i mogą być
włączane w obieg przenośnika lub wyłączane z niego poprzez zastosowanie
odgałęzień torów lub rozjazdów).
Długość drogi przenoszenia w przypadku tego rodzaju przenośników wynosi najczęściej
kilkaset metrów (przy napędzie pojedynczym; przy zastosowaniu napędu wielokrotnego –
nawet do 3 km).
Przenośniki podwieszone mogą być stosowane zarówno do transportu międzyoperacyjnego,
jak i międzywydziałowego. W przetwórstwie spożywczym przenośniki te są szczególnie
rozpowszechnione w przemyśle mięsnym.
W skład przenośnika podwieszonego wchodzą następujące zespoły:
- zespół napędowy (silnik, wariator, koło napędowe),
- zespół napinający (koło napinające osadzone na przesuwnej ramie),
- koła kierujące do zmiany kierunku przesuwu podnośnika,
- łańcuch z zabierakami (popychaczami),
- skrzyżowania i rozjazdy (opcjonalne).
Do podstawowych parametrów technicznych przenośników podwieszonych należą:
współczynnik napędu giętkiego elementu napędzającego, kąt nachylenia maszyny do
poziomu przy transporcie ładunków bez napędu mechanicznego, prędkość elementu
napędzającego, długość odcinka roboczego szyny przenośnika oraz moc silnika
napędzającego.
PRZENOŚNIKI TAŚMOWE
Przenośnikami wykorzystywanymi praktycznie przez wszystkie gałęzie przemysłu
spożywczego są przenośniki taśmowe (rys. 2). Ich zastosowanie jest możliwe począwszy od
przyjęcia surowca (wyładunek, segregacja), w toku procesu technologicznego (np. operacje
termiczne produktu wyłożonego na taśmę), jak i w końcowych etapach produkcji (rozlew do
3
opakowań, zamykanie opakowań jednostkowych, pakowanie opakowań jednostkowych do
opakowań zbiorczych).
Rys. 2. Przenośnik taśmowy.
Budowę przenośników tego rodzaju przedstawiono na rys. 3.
Rys. 3. Budowa i zasada działania przenośnika taśmowego:
a) stacjonarnego: 1 –bęben napędowy, 2 – bęben napinający,
3 – krążnik podtrzymujący taśmę;
b) przejezdnego: 1 – mechanizm roboczy (tak jak w punkcie a.),
2 – mechanizm jezdny
Zasadniczą częścią roboczą przenośników taśmowych jest taśma, na której bezpośrednio lub
w pojemnikach umieszczony jest obrabiany produkt. W praktyce przemysłowej stosuje się
dwa rodzaje taśm:
1) taśmy impregnowane – z tworzywa sztucznego, stosowane wówczas, gdy
temperatura przenoszonego produktu nie przekracza 65oC,
2) taśmy ze stali nierdzewnej – zarówno w formie pełnej jak i z ogniw stalowych
(eksploatacja tego typu taśm jest skomplikowana ze względu na trudny montaż i
regulację).
Rodzaj materiału, z którego wykonana jest taśma ma decydujące znaczenie dla parametrów
geometrycznych układu napędowo-prowadzącego taśmę.
4
I tak, dla taśm impregnowanych przyjmuje się szerokość bębna prowadzącego o 11 mm
większą od szerokości taśmy, natomiast dla taśm stalowych o 50-100 mm mniejszą od
szerokości taśmy.
Średnice prowadzących i napinających bębnów wynoszą:
− dla taśm impregnowanych minimum 400-500 mm (dla taśm cienkich przy niedużym
obciążeniu przenośnika minimalna średnica bębnów może wynosić 250-400 mm),
− dla taśm stalowych średnica bębnów jest około 1000 razy większa od grubości
taśmy.
Szybkość ruchu taśmy zależy od przeznaczenia przenośnika i rodzaju przenoszonego
produktu. Dla materiałów sypkich nie podlegających obróbce, stosuje się szybkości rzędu 1-2
m/s, przy transporcie materiałów sypkich z jednoczesną ich obróbką szybkość taśmy zamyka
się w granicach 0,1-0,3 m/s, natomiast w przypadku procesów załadowczo-wyładowczych
wielkość ta wynosi odpowiednio 0,2-0,5 m/s.
PRZENOŚNIKI ŚLIMAKOWE
Przenośniki ślimakowe (rys. 4) stanowią, obok przenośników taśmowych i podwieszonych,
kolejną ważną grupę maszyn transportowych w przemyśle spożywczym. Znajdują one
zastosowanie tak do przenoszenia materiałów płynnych i półpłynnych (np. o konsystencji
pastowatej), jak i transportu sypkich surowców i prefabrykatów spożywczych. Na przykład, w
przetwórstwie mięsa mogą być one wykorzystywane do transportu: skwarek, soli, a także
kęsów mięsa. Ponadto przenośniki ślimakowe mogą intensyfikować przebieg niektórych
procesów, takich jak: nagrzewanie, schładzanie oraz rozpuszczanie.
Rysunek 4. Przenośnik ślimakowy.
Przenośnik ślimakowy składa się z:
1) korpusu ze zbiornikiem załadowczym,
2) wału z ułożyskowaniem,
3) ślimaka.
Schemat i zasadę działania przenośnika ślimakowego ilustruje rysunek 5.
5
Rys. 5. Schemat przenośnika ślimakowego: 1 – korpus, 2 – wał, 3 – ślimak, 4,5 – łożyska,
6 –łożysko podwieszone (opcjonalne).
W zależności od przeznaczenia, w praktyce przemysłowej stosuje się ślimaki: śrubowe,
spiralne, ciągłe, łopatkowe oraz w wykonaniu specjalnym (niekiedy również do konkretnych
celów – na zamówienie odbiorcy urządzenia). Najpowszechniej stosowane odmiany ślimaka
wraz z ich zastosowaniem zebrano w tabeli 3.
Tabela 3. Warianty ślimaków i ich zastosowanie.
ŚLIMAKI:
Śrubowe ciągłe
Spiralne
Łopatkowe
O kształtach specjalnych
ZASTOSOWANIE
- transport materiałów sypkich, ziarnistych
- w suszarniach i urządzeniach chłodniczych
- transport produktów w postaci kęsów
- transport produktów wilgotnych o dużej
lepkości
- w procesach mycia, suszenia i mieszania
- transport produktów ziarnistych w postaci
drobnych kęsków
- w procesie mieszania, suszenia,
nagrzewania, i schładzania produktów
ziarnistych
- transport produktów sypkich i ziarnistych w
procesie ich mieszania
Najczęściej wykorzystywanymi są ślimaki o średnicach zmieniających się w granicach
150-600 mm, w przenośnikach o długości w przedziale 10-30 m. Przenośniki ślimakowe
osiągają zwykle wydajność rzędu 2-60 m3/h.
OBLICZENIA PROJEKTOWE PRZENOŚNIKA TAŚMOWEGO
Celem projektu jest zapoznanie studentów z aspektami konstrukcji wybranego rodzaju
przenośnika stosowanego w przemyśle spożywczym. Przedmiotem ćwiczenia jest
zaprojektowanie przenośnika taśmowego poziomego z przekładnią pasową (z pasem
płaskim), służącego do przenoszenia mąki pszennej w postaci ciągłej warstwy.
Dane projektu:
• Wydajność przenośnika, M [t/h]
• Długość przenośnika, L [m]
• Szerokość taśmy, B [m]
W projekcie należy ponadto przyjąć następujące dane szczegółowe:
600 kg⋅m-3
Gęstość usypowa mąki pszennej, ρ
Wysokość wsporników bębnów
1,5 m
6
Współczynnik sprawności przekładni, η
Współczynnik przeciążenia przekładni, K
0,7
1,2
Obliczanie podstawowych parametrów geometrycznych elementów przenośnika
Podstawowe parametry geometryczne elementów przenośnika, tj. średnice i szerokości
bębnów oraz krążników określa się przy użyciu zależności, podanych w tabeli 2.
Tabela 2. Zależności służące do obliczenia geometrii elementów przenośnika.
Średnice bębnów
DB = 0,4 ÷ 0,5m
Średnice krążników
podtrzymujących taśmę
DK = 0,1 ⋅ DB
Szerokość bębnów i krążników
podtrzymujących taśmę
B B / K = B + 100mm
Ilość krążników podtrzymujących
taśmę
1 szt. na 1m bieżący przenośnika
Obliczanie podstawowych parametrów technologicznych przenośnika i dobór silnika
Podstawowymi parametrami technicznymi przenośników taśmowych są: wydajność oraz moc
silnika napędowego. Na podstawie wyrażenia na wydajność przenośnika przy transporcie
materiałów sypkich, oblicza się szybkość ruchu taśmy (v):
M
v=
, [m·s-1]
2
0,128 ⋅ B ⋅ ρ
gdzie:
B – szerokość taśmy, [m]
ρ - masa usypowa, [kg⋅m-3]
Z kolei, moc silnika napędowego (N, dla przenośników taśmowych poziomych, z
samoczynnym przeładunkiem), wyznacza się na podstawie wyrażenia:
(k ⋅ L ⋅ v + 0,00015 ⋅ M ⋅ L) ⋅ k 2
, [kW]
N= 1
η
gdzie:
k1 – współczynnik oporu ruchu taśmy (zależny od szerokości taśmy) (tabela 3)
k2 – współczynnik uwzględniający długość przenośnika (tabela 3)
Tabela 3. Współczynniki k1 i k2
B
400 mm
460 mm
540 mm
650 mm
k1
0,012
0,014
0,017
0,020
L
< 15 m
15 – 30 m
k2
1,25
1,12
Następnie, należy dobrać silnik z katalogu produktów dostępnych na rynku (tabela 4). Moc
znamionowa silnika dostępnego na rynku powinna być nieznacznie większa lub równa od
mocy obliczonej z równania powyżej. Z tabeli (4) należy odczytać symbol silnika, moc
znamionową P1 oraz prędkość znamionową n1. Dane te posłużą do zaprojektowania
przekładni pasowej, w dalszej części projektu.
7
Lp.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Tabela 4. Katalog silników trójfazowych ogólnego przeznaczenia, BESEL SA Brzeg.
(www.cantonigroup.com/pl/motors/besel)
Moc
Prędkość
Moc
Prędkość
Symbol
Symbol
znamionowa znamionowa Lp.
znamionowa znamionowa
P1, [kW]
n1, [min-1]
P1, [kW]
n1, [min-1]
Sh 63-8A
Sh 56-4A
Sh 56-6B
Sh 63-8B
Sh 63X-8C
Sh 56-2A
Sh 56-4B
Sh 63-6A
Sh 71-8A
Sh 56-2B
Sh 56X-4C
Sh 63-4A
Sh 63-6B
Sh 71-8B
Sh 63X-6C
0.04
0.06
0.06
0.06
0.075
0.09
0.09
0.09
0.09
0.12
0.12
0.12
0.12
0.12
0.15
670
1400
900
660
650
2820
1400
820
680
2800
1400
1380
870
670
870
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Sh 63-2A
Sh 63-4B
Sh 71-6A
Sh 80-8A
Sh 63-2B
Sh 71-4A
Sh 71-6B
Sh 80-8B
Sh 71-2A
Sh 71-4B
Sh 80-6A
Sh 80X-8C
Sh 80-4A
Sh 80-6B
Sh 80X-8D
0.18
0.18
0.18
0.18
0.25
0.25
0.25
0.25
0.37
0.37
0.37
0.37
0.55
0.55
0.55
2760
1380
890
680
2780
1380
860
680
2800
1370
910
680
1400
900
690
Obliczanie parametrów przekładni pasowej
Obliczona prędkość ruchu przenośnika rzadko pokrywa się z prędkością silnika. W związku z
tym, konieczne jest zastosowanie przekładni. W urządzeniach przemysłu spożywczego
powszechnie stosuje się przekładnie pasowe. Głównymi ich zaletami są: możliwość
przenoszenia różnych mocy, praca przy różnych prędkościach cięgna (pasa), oraz duże
rozstawienia osi kół. Schemat przekładni pasowej przedstawiono na rys. 6.
Rys. 6. Schemat przekładni pasowej.
Podstawowymi parametrami geometrycznymi przekładni, są: średnica koła napędowego (przy
silniku), średnica koła napędzanego (przy bębnie przenośnika) oraz, na ich podstawie,
przełożenie przekładni. Ponadto, podaje się odległość między środkami kół, tworzących
przekładnię.
Średnicę koła napędowego (D1), oblicza się na podstawie obliczonej wcześniej prędkości
ruchu taśmy (v) oraz, odczytanej z tabeli (4), prędkości znamionowej silnika (n1, w min-1):
60 ⋅ v
D1 =
π ⋅ n1
Średnicę koła napędzanego należy przyjąć, zgodnie z zależnością podaną poniżej:
8
D2 = 1,5 ⋅ DB
Odległość pomiędzy środkami kół pasowych (a, inaczej rozstaw kół) określa się z równania:
a = 2 ⋅ (D1 + D2 )
Przełożenie przekładni (i), opisujące (między innymi) stosunek średnic koła napędzanego do
koła napędowego, oblicza się na podstawie wyrażenia:
D
i= 2
D1
PROJEKT WYBRANYCH PRZENOŚNIKÓW
1) Wykonanie projektu polega na dokonaniu obliczeń konstrukcyjnoeksploatacyjnych (wydajności przenośnika i mocy zainstalowanego napędu)
przenośników taśmowego i ślimakowego, względem danych podanych przez
prowadzącego (prędkość ruchu elementu roboczego, długość robocza przenośnika,
inne niezbędne wymiary). Obliczenia przenośnika należy wykonać dla
transportowanego medium sypkiego w postaci mąki pszennej (o ciężarze
usypowym wynoszącym).
2) Studenci wykonują projekt w grupach dwuosobowych.
3) Kompletny projekt powinien składać się z:
a) obliczeń wydajności i mocy napędu (pismem odręcznym, na papierze
kancelaryjnym),
b) rysunku przenośnika w formacie A3, wykonanego ręcznie, w wybranej przez
studentów skali, zawierającego:
- rzut z góry przenośnika, bez przekładni i silnika, z wymiarowaniem,
- rzut boczny przenośnika, bez przekładni i silnika, z wymiarowaniem,
- schemat przekładni pasowej w rzucie czołowym, z wymiarowaniem.
c) tabeli z wyszczególnionymi: rodzajem przenośnika, danymi podanymi przez
prowadzącego, parametrami geometrycznymi, mocą napędu oraz wydajnością.
LITERATURA
1. Dietrich M. (red.) (2015): Podstawy konstrukcji maszyn. Tom 3. Wydawnictwo WNT,
Warszawa.
2. Popko H., Gilewicz K., Opielak M. (1985): Maszyny przemysłu spożywczego.
Transport wewnątrzzakładowy. Wydawnictwa Uczelniane Politechniki Lubelskiej,
Lublin.
3. Popko H., Popko R., Popko A. (1998): Podstawy konstrukcji maszyn przemysłu
spożywczego. Przemysł mięsny. Wydawnictwa Uczelniane Politechniki Lubelskiej,
Lublin.
4. Rutkowski A. (2013): Części maszyn. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne,
Warszawa.
9