2.3 Расчет параметров модернизированной мешалки

2.3.1 Расчет привода модернизированной мешалки

Подбор электродвигателя мешалки осуществляем по требуемой мощности, затрачиваемой на вращение мешалки, по формуле [18]:

Т = 9550·Р_потр/n_м, откуда: Р_потр = Т∙n_м/9550Р_потр, (2.1)

где Р_потр – мощность, затрачиваемая на вращение мешалки, Вт;

Т – крутящий момент на валу мешалки, Н м;

n – частота вращения мешалки, мин^-1.

Крутящий момент в свою очередь будет рассчитываться по формуле:

T = F∙l/2, (2.2)

где F – сила, действующая на лопасти мешалки, Н;

l/2 – расстояние (плечо) от точки приложения действия силы F до центра вращения мешалки, м.

Расчет крутящего момента ведем для мешалки 4-х лопастной с прямым углом двухъярусной, так как площадь ее поверхности является наибольшей сред всех представленных вариантов перемешивающих устройств [18].

F = P∙S, (2.3)

где S – площадь поверхности мешалки, м² ;

Р – давление на поверхность лопасти мешалки, Па.

; (2.4)

, (2.5)

где ω – угловая скорость, с^-1;

n – частота вращения мешалки, с^-1 ;

g – ускорение свободного падения, м/с .

Частоту вращения мешалки принимаем равной 186,7 об/мин, так как она является наиболее распространенной величиной применяемой для мешалок в пищевой промышленности.

Так поверхность мешалки представляет собой прямоугольник, то ее площадь будет рассчитываться по формуле [9]:

S = а·b, (2.6)

где а – длина большого основания, м;

b – длина малого основания, м;

h – высота трапеции, м.

Для восьми лопастей общая поверхность будет равна [18]:

S_oбщ = 8S (2.7)

Подставив формулу (2.6) в формулу (2.7), получим следующее:

S = 8·0,0126 = 0,1008 м².

Подставив исходные данные в формулу (2.4), получим следующее:

Р = 2 105(3,14 3,11)²/9,81 = 2041 Па.

Найдем силу F, подставив расчетные данные в формулу (2.3):

F= 2041·0,1008 = 205,7 Н

Найдем крутящий момент, подставив расчетные данные в формулу (2.2):

T = 205,7 0,162 = 33,3 H∙м.

Тогда мощность рассчитаем, подставив данные в формулу (2.1):

Р_потр = 33,3·186,7/9550 = 0,65 кВт

В соответствии с рассчитанной мощностью N = 0,65 кВт и частотой вращения n = 186,7 об/мин выбираем со следующими характеристиками: частота вращения выходного вала номинальная n_ном =186,7 об/мин, крутящий момент на выходном валу М_ном = 100 Н·м, передаточное число u = 7,5, консольная нагрузка F_ном = 3081 Н, сервис-фактор S_fном =2,9, комплектующий электродвигатель – AИP90 с частотой вращения n_дв =1400 об/мин и мощностью N_дв = 1,1 кВт. Для унификации примем верхний конец вала мешалки такой же, как у мотор-редуктора равный 35 мм.

2.3.2 Проверочный расчет мешалки

Крутящий момент на валу мешалки исходя из выбранного мотор-редуктора М_кр = 100 Н·м.

Определяем радиус приложения равнодействующей силы (рис. 2.3).

Рисунок 2.3 Расчетная схема лопастной мешалки

мм, (2.8)

где R – радиус мешалки, R = 250 мм;

r – радиус ступицы, r = 50 мм.

Определение величины равнодействующей силы [19]

Н, (2.9)

где z = 8 – число лопастей на валу.

Определение изгибающего момента у основания лопасти

Н·мм. (2.10)

Определение момента сопротивления лопасти [19]

мм³. (2.11)

где [σ]=160 МПа – допускаемое напряжение для стали 12Х18Н10Т ГОСТ 5949-75 при 20 °С.

Определение толщины лопасти [19]

мм. (2.12)

Толщина лопасти с учетом прибавочного коэффициента на коррозию c = 1 мм.

s = s + c = 3,95 + 1 = 4,95 ≈ 5 мм

Исходя из проделанного проверочного расчета мы получили расчетную толщину мешалки равную s = 5 мм. В таком случае условие прочности выполняется и мешалка подобрана верно.