Методика проведения эксперимента

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ ИМЕНИ К.Г. РАЗУМОВСКОГО

 (ПЕРВЫЙ КАЗАЧИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»

Башкирский институт технологий и управления (филиал)

 

 

Лабораторный практикум

по дисциплине

«Производственное оборудование и его эксплуатация»

 

 

Направление подготовки бакалавров      

 

15.03.04- «Автоматизация технологических процессов и производств»

 

Форма обучения: заочная.

 

 

 

2018 г.

Лабораторная работа № 1

«Весоизмерительное оборудование предприятий торговли»

Цель работы:

· Изучить классификацию весоизмерительного оборудования.

· Ознакомиться с устройством, принципом работы рычажных настольных циферблатных весов, конструкцией квадранта весов, нарисовать схему весов.

· Приобрести навыки по их эксплуатации и проверке.

· Сопоставить эффективность использования весов.

Описание машины

По способу уравновешивания взвешиваемого груза весоизмерительные приборы подразделяются на рычажные, электромеханические и пружинные.

Рычажные весы – это весы, принцип действия которых основан на уравновешивании силы тяжести взвешиваемого груза с помощью рычага или системы рычагов.

Электромеханические весы работают на основе преобразования механического воздействия силы тяжести взвешиваемого груза в пропорциональный ей электрический сигнал, который выражается цифровым индексом значения измеряемой массы. Наиболее распространенным видом электромеханических весов являются электронно-тензометрические весы, характеризующиеся наличием тензометрического датчика и электронного компенсатора, используемого при измерении электрического сигнала.

В зависимости от способа установки весоизмерительные приборы подразделяются на настольные передвижные и стационарные.

Настольные весы предназначены для взвешивания небольших грузов (в пределах до 20 кг), поэтому наиболее широкое распространение они получили при производстве и отпуске кулинарной продукции.

В зависимости от вида указательного (отсчетного) устройства весы подразделяются на гирные, шкальные, шкально-гирные, циферблатные, циферблатно-гирные и цифровые электронные.

Рисунок 1 - Коромысло шкальных весов

 

На гирных весах при достижении равновесия, которое определяют совпадением указателей равновесия (носиков), подсчитывают значение мер массы – гирь, уравновешивающих массу товара.

На шкальных весах массу взвешиваемого груза определяют по шкале коромысла весов, на которой для достижения равновесия перемещают несъемную передвижную гирю, меняя ее плечо (рисунок 1). На коромысле 1, которое опирается на призму 2, нанесена шкала 4. По шкале перемещается гиря 3. Равновесие определяется по положению указателя 5. Усилие от подплатформенного рычага на коромысло передается через серьгу 8 и призму 9. Тарировка весов осуществляется с помощью грузов 11, 12, которые перемещаются по винту 10. Для увеличения точности отсчета на коромысле укреплена вторая шкала 6 с грузом 7

Изучение схем и конструкции рычажных весов осуществляется на макете весов РН-10Ц13 или РН-2Ц13 и по плакатам, а поверка выполняется на действующем и допущенном к эксплуатации экземпляре весов.

Весы РН-10Ц13 или РН-2Ц13 имеют идентичную конструкции, и широко используются на предприятиях торговли и общественного питания.

На основании классификации весоизмерительного оборудования для обозначения различных типов весов принято буквенно-цифровая индексация. Например: РН-10Ц3У – весы рычажные (Р), настольные (Н), с наибольшим пределом взвешивания 10 кг, циферблатные (Ц), с визуальным отсчетом (1) и местным способом снятия показаний взвешивания (3), универсальные (У). Другие цифровые обозначения способа снятия и отсчета показания весов: 2-документальный, 4-дистационный.

Отличительной особенностью настольных циферблатных весов РН-2Ц13 и РН-10Ц13 является то, что 90% наибольшего предельного значения взвешиваемого товара уравновешивается с помощью гирь, а 10% - с помощью квадрантного механизма. Применение квадрантного механизма и шкальной системы отсчета позволяет исключить дополнительные наборы гирь на рабочем месте продавца и обеспечивает взвешивание с точностью до 2…5 г.

Квадрант и расчетная схема для определения массы маятникового противовеса приведены на рисунке 2.

Конструкция квадранта весов РН-2Ц13 и РН-10Ц13 также показана на рисунке 2а. Противовес и сердечник прочно соединены между собой винтами и контрольными штифтами. Сердечник несет грузоприемную призму, опорную призму и сдвоенную стрелку. Призма запрессована в сердечник, опорная призма прикреплена с помощью винтов и штифтов, а стрелки также прикреплены винтами и штифтами. Для регулирования положения, центра тяжести служит груз, передвигаемый по винтовому стержню. После окончания регулирования груз закрепляют гайкой.

Расчет массы маятникового противовеса проводят в соответствии со схемой, изображенной на рисунке 2, б и в. В ненагруженном состоянии квадрант занимает положение, соответствующее схеме, изображенной на рисунке 2,б при нагрузке, равной половине всей шкалы, – положение по схеме на рисунке 2, в. Для настольных циферблатных весов РН-10Ц13 вся шкала

рассчитана на 1000 г, соответствен6но половине шкалы соответствует нагрузка 500г.

 

Рисунок 2 - Квадрант на призменной основе (а) и схемы расчета массы маятникового противовеса в ненагруженном (б) и нагруженном (в) состояниях:

1 – стрелка; 2 – винты; 3 – штифты; 4 – винты; 5 – опорная призма; 6 – призма; 7 – сердечник; 8 – винтовой стержень; 9 – груз; 10 – гайка; 11 – противовес; 12 – штифты.

Описание

Для изучения конструкции и поверки весов, а также для определения данных при расчете элементов весов стенд должен включать действующие и допущенные к эксплуатации весы марки РН-10Ц13 (РН-2Ц13) и весы этой же марки со снятой облицовкой. Снятая облицовка позволяет наблюдать работу весоизмерительного механизма в процессе взвешивания и производить необходимые измерения.

Весоизмерительный механизм (рисунок 3) монтируется на опорной плите с винтовыми ножками и с жидкостным указателем установки в горизонтальном положении. Винтовые ножки имеют контргайки, позволяющие жестко фиксировать ножки после установки весов в горизонтальном положении. Основу весов составляет равноплечий рычаг, состоящий из двух дугообразных металлических полос, соединенных в виде рамы. Каждая половина рычага имеет опорную и две грузоприемные призмы. Грузоприемное устройство этих весов состоит из двух площадок: товарной и гирной, прикрепленных к рычагам, и опирающихся на сдвоенные грузоприемные призмы. Третьей точкой опоры для рычага служат струнки, шарнирно прикрепленные к корпусу весов.

Рычаг несет на себе подушку, опирающуюся на керн тяги, соединенной с квадрантным механизмом. К квадранту прикреплена стрелка, указательный конец которой перемещается вдоль шкалы на циферблате. Для предотвращения периодических колебаний весов с целью ускорения процесса взвешивания к рычагу шарнирно прикреплен шток поршня жидкостного успокоителя (демпфера).

 

Рисунок 3 - Конструкция весов РН-10Ц13 и РН-2Ц13

1 – опорная плита; 2 – винтовые ножи; 3 – контргайки; 4 – грузопремные призмы; 5 – тарировочная камера; 6 – гирная площадка; 7 – рычаг; 8 – струнка; 9 – стрелка; 10 – шкала циферблата; 11 – струнка; 12 – квадрантный механизм; 13 – тяга; 14 – керн (призма); 15 – подушка; 16 – опорная призма; 17 – равноплечий рычаг; 18 – рычаг; 19 – шток; 20 – товарная площадка; 21 – жидкостный успокоитель (демпфер).

 

 

Для тарировки ненагруженных весов предназначена тарировочная камера, размещенная в корпусе гирной площадки.

Уравнение момента ненагруженного квадранта:

                             (1)

 

Уравнение равновесия квадранта при нагрузке 0,5 Q (половина шкалы):

                            (2)

 

Таблица 1

Показатели	Единица измерения	РН-2Ц13	РН-10Ц13
Наибольший предел взвешивания	кг	2	10
Наименьший предел взвешивания	кг	0,02	0,1
Предел показаний по шкале	г	0-200	0-1000
Цена деления шкалы	г	2	5
Допускается погрешность шкалы при интервале взвешивания:
от20 до 1000 г.	деление	± 0,5	-
свыше 1000 г.	»	± 1,0	-
от 1000 до 2500 г.	»	-	± 0,5
свыше 2500 до 10000 г.	»	-	± 1,0

 

Подставив выражение Т из уравнения (1) в уравнение (2) и проведя некоторые преобразования, определим массу маятникового противовеса:

                                 (3)

 

Вывод зависимости следует выполнить студентам, обучающимся по специальности 260601 (1706).

Одним из элементов рычажного весоизмерительного механизма, требующего тщательного расчета, является призма.

Призмы рычажных весов рассчитывают на контактные нагрузки в рабочем ребре, на изгиб и на срез.

Контактная нагрузка на рабочее ребро призмы определяется по зависимости:

                                         (4)

где Р – нагрузка на ребро призмы, кг;

l ₂ – длина рабочего ребра призмы, м.

 

Допускаемые контактные нагрузки для призмы приведены в таблице 2.

 

 

Таблица 2

Призмы	Допускаемые контактные нагрузки qдоп Н/м (кг/мм)
Открытые трехгранные	(8 - 40) ∙ 104 (8…40)
Открытые пятигранные	(40 - 240) ∙ 104 (40…240)
Консольные	(10 - 40) ∙ 104 (10…40)
Двухконсольные	(10 - 170) ∙ 104 (10…170)
Двухопорные	(8 - 10) ∙ 104 (8…10)

 

Напряжение на загиб определяется по формуле:

                                        (5)

где:

 - изгибающий момент при равномерно распределенной нагрузке;

 - момент сопротивления призмы

.

Рисунок 4 - Способ размещения и нагрузка трехгранной открытой призмы

 

Допускаемое напряжение на изгиб для стальных призм [σ]_доп = (1800 - 2000) ∙ 10⁵ Па.

В соответствии с рисунком 4 плоскостями среза являются плоскости СД и ЕН.

 

Площадь среза F по этим двум плоскостям определяется по формуле:

                                          (6)

где: b – ширина призмы в основании, м;

h – высота призмы, м.

 

Напряжение в плоскости среза определится по формуле:

                                         (7)

 

Расчетные значения τ сопоставляют с допускаемой величиной на напряжения на срез, которая не должна превышать [ τ ] = (900…1000) ∙ 10⁵ Па.

Способ размещения призмы в рычаге весов и нагрузка на призму показаны на рисунке 4.

 

Методика проведения эксперимента

Для проведения лабораторной работы необходимы набор гирь общего назначения 4-го класса (Г-4-111,10, Г-4-211,10 или др.), набор рабочих гирь общей массой до 10 кг, измерительный инструмент (штангенциркуль, линейка), свинцовая или стальная дробь.

Выполнение работы заключается в проведении поверки весов и расчете массы маятникового противовеса квадрантного механизма и призмы весов.

Поверка циферблатных весов является общей для студентов, обучающихся по специальностям 260601 (1706) и 080401 (3511).

После ознакомления со схемой, определения основных геометрических соотношений и изучения конструкции на препарированном макете весов приступают к поверке весов, регистрируя все этапы. В результате поверки дается аргументированное заключение о пригодности (или непригодности) исследуемых весов к эксплуатации.

Поверку весов проводят в соответствии с ГОСТ 8.453-82 ГСИ. «Весы для статического взвешивания. Методы и средства поверки».

На рабочем месте весы устанавливают в горизонтальном положении посредством четырех резьбовых ножек, контролируя положение весов по уровню, установленному на станине. После достижения горизонтального положения весов резьбовые ножки фиксируются контргайками. Масляный успокоитель весов (демпфер) регулируется таким образом, чтобы колебания указательной стрелки весов не превышали 3…5 полупериодов.

Стрелка ненагруженных весов должна совпадать с нулевым штрихом шкалы так, чтобы не было просвета между стрелкой и штрихом. Если стрелка не совпадает с нулевым штрихом, то изменением массы балласта в тарировочной камере под гирной площадкой добиваются совпадения.

Устойчивость весов проверяют при троекратном выведении весов из состояния равновесия нажатием на гирную или грузоприемную площадки вниз до упора. У нормально отрегулированных весов после совершения 2-3 колебаний стрелки возвращаются в исходное положение. Расхождения показаний стрелки до выведения из состояния равновесия и после возвращения не должны превышать половины цены деления шкалы. Если число колебаний стрелки больше указанных, то проверяют наличие масла в демпфере и осуществляют его регулировку.

Наибольший предел взвешивания (Р _max) обозначаются на шкале весов.

Наименьший предел взвешивания (Р _min) для настольных циферблатных весов не должен быть менее 1/100 P_max. Шкала весов рассчитана на 0,1 Р _max. При взвешивании грузы с массой, большей 0,1 Р _max, пользуются гирями, устанавливаемыми на гирную площадку.

Для характеристики чувствительности весов, имеющих шкалы, пользуются величиной груза-допуска, вызывающего перемещение стрелки на одно деление шкалы.

Для проверки чувствительности настольных циферблатных весов на грузоприемную платформу помещают гирю-допуск, равную по массе цене деления шкалы. При этом стрелка должна переместиться на одно деление так, чтобы между стрелкой и штрихом не было просвета.

Весы считаются чувствительными, если при проверке на наибольшем пределе взвешивания они обнаруживают разницу, равную 0,001 Р _max, а при проверке на 0,1 Р _max, разницу не менее 0,0002 Р _max.

Поверку постоянства показаний весов осуществляют при многократном (3…5 раз) взвешивании одного и того же груза. Отклонение показаний весов при взвешиваниях не должно превышать половины цены деления шкалы. Результаты взвешивания заносятся в протокол испытаний.

Конструкция настольных циферблатных весов сочетает в себе рычажный и квадрантный механизмы. Поэтому точность взвешивания провернется размещением гирь в определенных зонах грузоприемной площадки, а отсчет показаний ведется по шкале весов. Поверку осуществляются с помощью образцовых гирь массой 0,1 Р _max. Схема размещения гирь на грузоприемной площадке на рисунке 5.

Рисунок 5 - Размещение гирь при поверке настольных циферблатных весов:

а – поверка равенства плеч коромысла; б – поверка параллельности рабочих лезвий опорных и грузовых призм; в – поверка равенства и параллельности струнок и плеч рычага

 

Равенство плеч коромысла проверяют, размещая гири непосредственно над грузоприемными призмами (рисунок 5 а). Параллельность рабочих лезвий опорных и грузоприемных призм определяют по рис. 5 б, размещая первоначально гири в положение 1, а затем в положение 2.

Проверку параллельности струнок и плеч рычага, а также соответствие длин струнок длине плеч коромысла проверяют в соответствии с рис. 5 в, последовательно размещая гири в положение 3, затем в положение 4.

Дополнительно весы проверяют образцовыми гирями различной массы, обеспечивающими положение стрелки весов не менее чем в четырех точках на всем протяжении шкалы весов.

Во всех случаях поверки показания весов по шкале не должны отличаться от массы образцовых гирь более чем на 0,5 цены деления шкалы.

Расчет элементов весов. Студенты, обучающиеся по специальности 260601 (1706), помимо поверки выполняют расчет массы маятникового противовеса рычажного механизма и призмы.

Расчет массы маятникового противовеса выполняется по зависимости (3). При определении размеров плеч рычагов принять, что центр масс сосредоточен в геометрическом центре построечного груза (рисунок 2 а), и плечо а определяется измерением расстояния от лезвия опорной призмы до геометрического центра груза. Плечо в определяется измерением расстояния между лезвиями призм.

Расчет призмы (призма для расчета указывается преподавателем) выполняется при максимальной нагрузке на весоизмерительный механизм и заключается в определении компактных нагрузок, напряжений на изгиб и срез (по зависимостям, приведенным выше). Расчетные данные сопоставляют с допускаемыми и определяют коэффициент запаса.

Результаты поверки весов заносят в протокол испытаний (таблица 3) с указанием цели поверки, показаний весов и заключения.

 

Таблица 3

№ п/п	Поверяемые параметры	Масса гири, груза-допуска	1-е Взвеши-вание	2-е взвеши-вание	3-е взвеши-вание	Заключение о годности весов по поверяемому параметру
1.	Устойчивость
2.	Пределы взвешивания: наибольший, кг наименьший, кг
3.	Чувствительность: при нагрузке Рmax при нагрузке 0,1 Рmax
4.	Постоянство показаний
5.	Точность взвешивания (положение гирь в соответствии с рисунком 5): рисунок 5 а рисунок 5 в (1) рисунок 5 в (2) рисунок 5 в (3) рисунок 5 в (4)

 

После проведения поверки и заполнения протокола дается развернутое и аргументированное заключение о пригодности или непригодности весов к эксплуатации.

В отчете по лабораторной работе должна быть изображена схема настольных циферблатных весов, приведены техническая характеристика, протокол испытаний, заключение о пригодности. Студенты, обучающиеся по специальности 260601 (1706), должны указать результаты расчетов элементов весов.

Лабораторная работа № 2

«Изучение работы машин для замеса теста»

 

Цель работы:

·  Изучить классификацию тестомесильного оборудования

·  Изучить принцип действия и конструкцию тестомесильной машины; вычертить кинематическую схему.

·  Определить производительность и мощность машины.

·  Охарактеризовать физические свойства продуктов до и после замеса.

 

Описание машины

На предприятиях общественного питания для замеса теста широко используются тестомесильные машины периодического действия: ТММ-1М, ТММ-60М, «Тасема», МТИ-100 и МТМ-15 для замеса крутого теста.

Применение машин периодического действия обусловлено: их универсальностью – быстрый переход на выработку другого сорта изделий; точностью дозирования компонентов, возможностью его автоматизации.

Рисунок 1 - Принципиальная кинематическая схема тестомесильной машины

1 – электродвигатель; 2,3 – шкивы; 4 – муфта; 5,6 – звездочки; 7, 10 – червяки; 8, 11 – червячные колеса; 9 – штурвал; I, II, III, IV – валы; 1, 2, 3, 4, (цифры в кружках) точки смазки.

 

Машина предназначена для замеса теста различной консистенции. Состоит машина из станины, кожуха, фундаментальной плиты, электродвигателя, передаточных механизмов, месильного рычага с лопастью и дежи.

Движение месильному рычагу от кривошипа передается через сферический самоустанавливающийся шариковый подшипник. Внутренняя обойма его напрессована на конец короткого плеча месильного рычага, а наружная обойма находится в отверстии кривошипа. Плечи месильного рычага при движении описывают конусы. Вершины обоих конусов находятся в точке опоры рычага. Точкой, опоры, или центром вращения, является шарнир.

Во избежание выбрасывания теста из дежи в момент его замешивания предусмотрены специальные ограждающие щиты. Каркас с ограждающими щитами шарнирно прикреплен рычагом к станине машины. Подъем и опускание оградительных щитов производятся вручную с помощью специальной рукоятки. В момент замеса щиты опускаются вниз и плотно охватывают дежу. Машина имеет систему блокировки, отключающую привод при поднятии ограждения.

Тестомесильные машины, применяемые на предприятиях общественного питания, относятся к смесителям с вертикально вращающейся рабочей камерой и движущейся лопастью.

Действительная производительность Q _д тестомесильных машин определяется по формуле:

                                         (1)

 

где: т – масса продукта, подвергающегося замесу, кг;

Т – суммарное время замеса порции продукта, с.

Теоретическая производительность Q _т тестомесильных машин будет зависеть от объема V ₀ дежи, плотности продукта Q, коэффициента заполнения объема дежи j и времени загрузки, замеса и выгрузки продукта t ₃, t ₀, t _в:

                             (2)

 

Объем V ₀ дежи определяется по формуле:

     (3)

где: V _к – объем усеченного конуса, м³;

V _пар – объем усеченного параболоида, м³;

D и d – соответственно большой и малый диаметры усеченного конуса, м;

d ₁ – диаметр днища дежи, м;

Н и h – соответственно высоты усеченного конуса и параболоида, м.

 

Коэффициент заполнения рабочей камеры рассчитывается по формуле:

                                                          ,                                       (4)

где: m _о – предельная масса продукта в деже, кг;

j - принимается равным 0,5…0,8.

 

Полезная мощность N _пол машины определяется по формуле:

,                         (5)

где: N _общ и N _х∙х – соответственно мощности при работе машины под нагрузкой и при холостом ходе, Вт.

 

Теоретическая мощность N _т тестомесильных машин определяется по формуле:

                       (6)

где: N ₁ – мощность, необходимая на подъема теста месильным рычагом, Вт:

                      (7)

где: r_max – максимальный радиус окружности, которой движется лопасть, м;

w _л – угловая скорость вращения месильной лопасти, рад/с;

N ₂ – мощность, необходимая на преодоление сил сцепления продукта со стенкой дежи, Вт:

                            (8)

где: F – площадь стенок дежи, на которых лопастью преодолевается сопротивление сил сцепления теста со стенками, м².

 

Для дежи по формуле усеченного конуса:

                                        F = (D + d)l+0.785 d ²,                                  (9)

где: l - длина образующей конуса;

с₀ – удельное сопротивление сил сцепления продукта со стенками дежи. Па (с₀ = 510…720 Па);

N ₃ – мощность, необходимая для вращения дежи при замесе теста, Вт:

                                                   ,                                (10)

где: М – масса дежи с продуктом, кг;

m – масса дежи, кг (m = 70 кг)

М = m _а + m;

f – коэффициент трения выступа цапфы по диску (f = 0,1);

r_u – радиус цапфы, м (r_и = 0,02 м);

w _Д – угловая скорость вращения дежи, рад/с;

h _м – КПД машины (h_м = 0,65…0,7).

 

Удельный расход Р электроэнергии, передаточное отношение и механический КПД h _м машины определяются по формулам.

Описание стенда

Стенд (рисунок 2) представляет собой серийно выпускаемую тестомесильную машину, присоединяемую через магнитный пускатель к источнику электроэнергии.

Для определения полезной мощности применяют контрольно-измерительные приборы.

Для проведения замеров нужно иметь циферблатные и платформенные весы, секундомер, емкости для взвешивания и загрузки продукта.

Конструктивные размеры тестомесильной машины измеряют с помощью гибкого измерительного приспособления.