UTILAJE RELEVANTE ÎN PRODUCȚIA SUCURILOR PRESATE LA RECE…7 [303469]

CUPRINS

CAPITOLUL 1

UTILAJE RELEVANTE ÎN PRODUCȚIA SUCURILOR PRESATE LA RECE…………7

Descrierea comerciantului responsabil de distribuțiea utilajelor pe piața din România…….7

1.2 Descrierea tehnologiei presării la rece……………………………………………………………………….7

1.3 Utilaje relevante în producția sucurilor presate la rece…………………………………………………7

1.3.1 Vana de spălare…………………………………………………………………………………………………8

1.3.2 Pasatricea………………………………………………………………………………………………………..10

1.3.3 Tocătorul………………………………………………………………………………………………………..11

1.3.4 Presa………………………………………………………………………………………………………………12

1.3.5 Pasteurizatorul…………………………………………………………………………………………………15

1.3.6 Stația de îmbuteliere…………………………………………………………………………………………17

1.3.7 Ambalajele Bag in Box…………………………………………………………………………………….17

CAPITOLUL 2

DESCRIEREA PROGRAMELOR DE

PROIECTARE ȘI SIMULARE UTILIZATE……………………………………………………………19

2.1 Autodesk Inventor……………………………………………………………………………………………19

2.2 FluidSIM………………………………………………………………………………………………………..20

2.3 Solidworks Electrical……………………………………………………………………………………….22

CAPITOLUL 3

STUDIU PRIVIND CREȘTEREA EFICIENȚEI PRIN ÎMBUNĂTĂȚIREA FUNCȚIONĂRII PRESEI PENTRU MERE mkp 600……………………………………………..23

3.1 Prezentarea presei hidraulice MKP 600………………………………………………………………23

3.2 Avantajele și dezavantajele comenzilor electrofluidice (electropneumatice, electrohidraulice)……………………………………………………………………………………………..25

3.4 Proiectarea și modelarea 3D și 2D a presei MKP 600………………………………………….26

3.5 [anonimizat]…………………….33

3.6 Calculul cilindrului hidraulic de acționare…………………………………………………………..40

CAPITOLUL 4

TEHNOLOGIA DE EXECUȚIE A REPERULUI CON MORSE………………………………43

4.1 Tehnologia de execuție a reperului con morse……………………………………………………..43

4.2 Itinerar tehnologic……………………………………………………………………………………………43

4.3 Determinarea adaosului de material la suprafețele indicate……………………………………45

4.4 [anonimizat] a caracteristicilor acestora………………………………………..49

4.5 Determinarea regimului de așchiere și a [anonimizat]……..51

4.6 Normarea tehnică…………………………………………………………………………………………….56

CAPITOLUL 5

CALCULE ECONOMICE ȘI MĂSURĂTORI UTILIZATE ÎN CADRUL STUDIULUI PRIVIND CREȘTEREA EFICIENȚEI PRIN ÎMBUNĂTĂȚIREA FUNCȚIONĂRII PRESEI PENTRU MERE MKP 600…………………………………………………………………………..61

5.1 Calculul forței hidraulice necesare presei MKP 600………………………………………………61

5.2 Calculul debitului pistonului……………………………………………………………………………….62

5.3 Calculul timpilor pentru fiecare fază de presare…………………………………………………….63

5.4 Calculul costului de modernizare al presei MKP 600…………………………………………….65

5.5 Calculul comparativ al normei de producție………………………………………………………….66

5.5.1 Calculul productivității orare………………………………………………………………………………66

5.5.2 Calculul productivității la un schimb de 8 ore……………………………………………………….69

5.5.3 Calculul productivității lunare……………………………………………………………………………..69

CONCLUZII

BIBLIOGRAFIE

OPIS

PLANE DE OPERAȚII

CAPITOLUL 1

UTILAJE RELEVANTE ÎN PRODUCȚIA SUCURILOR PRESATE LA RECE

Descrierea agentului comercial responsabil de distribuția utilajelor pe piața din România [7]

Firma SC Tothequip SRL are ca obiect de activitate principal importul și comercializarea utilajelor pentru procesarea produselor alimentare. O parte importantă a acestor utilaje este cea a procesării fructelor și legumelor în vederea valorificării și creșterii termenului de garanție a produselor. Un alt factor economic important al procesării fructelor și legumelor este posibilitatea valorificării produselor agro-alimentare de calitate inferioară. Aceste produse nu au aspect comercial și sunt adesea vândute la prețuri derizorii pentru recuperarea parțială a investiției de către fermieri. Prin transformarea acestora în sucuri, gemuri, fructe uscate și multe altele, nu doar se evită pierderile datorate calității inferioare, ci se crește exponențial valoarea produsului.

Descrierea tehnologiei presării la rece [7]

Una din cele mai simple, și totuși importante, părți ale aceste industrii este procesarea fructelor în vederea obținerii sucurilor din fructe. Pentru obținerea produselor complet naturale se utilizează tehnologia presării la rece. Datorită acestei tehnologii, precum și materialelor utilizate în fabricarea utilajelor și ambalajelor, se pot obține sucuri naturale ce nu au nevoie de agenți de conservare. Metodele principale de conservare prevăzute în această tehnologie sunt pasteurizarea (la temperatură inaltă: 75 – 85 grade celsius, sau cu presiune înaltă) împreună cu ambalajele vidate și închise ermetic.

Utilaje relevante în producția sucurilor presate la rece [7]

Desigur, procesul descris mai sus necesită un ansamblu de utilaje cu scopuri și proprietăți diferite. Procesul începe prin spălarea fructelor, proces care poate fi executat manual, sau poate fi automatizat prin intermediul unei Vane de Spălare. După spălarea fructelor intervin două procese diferite, în funcție de tipul de fruct, pasarea sau tocarea. Pentru categoria fructelor sâmburoase, cât și a fructelor de pădure sau a roșiilor, se utilizează o Pasatrice.

În cazul pasării, produsul finit este sub formă de nectar și de cele mai multe ori trebuie diluat cu suc de măr înainte de pasteurizare, pentru a se putea obține un produs potabil. În schimb, pentru tocarea fructelor semințoase, mărul fiind unul din cele mai prevalente, se va utiliza un Tocător. După tocare, se obține o masă fructoasă din care se extrage sucul cu ajutorul unei Prese. Presele pot fi de mai multe tipuri. În funcție de tehnologia utilizată acestea se încadrează ca Hidroprese, Prese Hidraulice și Prese cu Bandă. În urma presării se obține un produs apropiat de produsul finit. Sucul rezultat poate fi, in acest stadiu, filtrat pentru a se obține un aspect comercial mai plăcut. După presare acesta este tulbure, urmând sedimentarea pulpei după îmbuteliere. Înainte de îmbutelierea sucului acesta trebuie pasteurizat pentru creșterea masivă a termenului de valabilitate, dar și evitarea oricărui pericol biologic care poate apărea.

Cu toate acestea, datorită oțelurilor speciale AISI 304 și AISI 316 utilizate în construcția utilajelor, sucul are un termen de valabilitate de aproximativ 2 săptămâni la rece, fără pasteurizare. Cu ajutorul pasteurizării, termenul legal prevăzut de DSVSA este de 1 an pe raft, dar în realitate poate ajunge la câțiva ani, presupunând ca ambalajele rămân etanșe.

Pentru pasteurizarea sucului se utilizează diverse tipuri de Pasteurizatoare, utilizând ca sursă de căldură curent electric sau o centrală incorporată pe gaz. În urma ridicării sucului la o temperatură între 75 – 85 grade celsius, se distrug marea majoritate a bacteriilor și virusurilor, fără a afecta puternic structura moleculară a nutrienților, ca în cazul UHT. După procedeul de pasteurizare, se utilizează o Stație de Îmbuteliere pentru îmbutelierea în diverse tipuri de ambalaje. Principalele ambalaje utilizate sunt recipientele PET, recipientele din sticlă și sistemul Bag in Box. În cazuri rare se utilizează recipientele Tetrapak, din cauza prețului ridicat al acestora și necesității unui utilaj specializat pentru formarea acestora.

Vana de Spălare [7]

Primul procedeu în procesarea fructelor și a legumelor este spălarea acestora. Deși acest procedeu poate fi executat manual, în cazul procesării la scară largă este necesar un utilaj specializat. Vanele de spălare comercializate de Tothequip SRL sunt de mai multe tipuri.

Seria MKM (figura 1.1.)

Această serie de vane de spălare este o variantă simplă cu ridicare și perdea cu apă. Foarte utilă în cazul fructelor sensibile, dar și a celor care nu necesită o curățare temeinică. Sistemul de elevare cu benzi este foarte util pentru încărcarea utilajului care urmează în fluxul tehnologic, fie o pasatrice sau un tocător.

Fig.1.1. Vana de spălare seria MKM [7]

Seria MKMD(C) (figura 1.2.)

Această gamă este prevăzută cu tocător compact incorporat. Acesta este rabatabil, și poate fi dat la o parte în cazul procesării fructelor sau legumelor ce nu necesită tocare.

Fig.1.2. Vana de spălare seria MKMD(C) [7]

Seria MDK (figura 1.3.)

În cazul acestei game, a fost adăugat, pe lângă tocătorul rabatabil, un sistem cu perii, pentru o curățare meticuloasă a fructelor. Un astfel de sistem este foarte potrivit pentru spălarea fructelor și a legumelor tari, în special a celor deosebit de murdare cum ar fi morcovii.

Fig.1.3. Vana de spălare seria MDK [7]

Pasatricea (Figura 1.4.) [7]

Procedeul de pasare este în general unul atribuit mai mult gemurilor și dulcețurilor și mai puțin sucurilor. Produsul rezultat are consistența unui nectar gros, pulpa conținută de acesta fiind foarte fină. Acest tip de utilaj consistă într-un set de palete de cauciuc natural care prin rotația lor răzuiesc fructul de o sită de oțel cu perforații. Perforațiile sunt de diferite dimensiuni, în funcție de fructul procesat. Datorită acestui procedeu se obține separarea pulpei și a sucului de coji și sâmburi, acestea fiind evacuate pe o ieșire separată. Utilajul este produs pe diverse dimensiuni și capacități conform figura 1.5.

Fig.1.4. Pasatricea MK 1000 [7]

Fig 1.5. Diverse modele de pasatrici [7]

Tocătorul (figura 1.6.) [7]

În cazul fructelor semințoase, mărul fiind unul dintre cele mai prevalente, dar și a altor fructe și legume este necesară tocarea înainte de presare. Tocarea permite ruperea fibrelor fructului pentru eliberarea sucului conținut între acestea. Pentru acest procedeu se utilizează un tocător. Utilajul constă într-o cuvă de umplere și o piesă rotativă cu cuțite. Datorită construcției simple și robuste, dar și utilizării gravitației pentru alimentarea fluxului, aceste tocătoare au o capacitate de producție foarte ridicată.

Fig. 1.6. Tocătorul MKD 5000 [7]

Presa [7]

Probabil cel mai important procedeu din întreaga linie de procesare este cel al presării efective. Prin acest proces se realizează stoarcerea tocăturii obținute pentru extragerea sucului. Exista diverse tipuri de prese care se pot utiliza, cu diferite avantaje și dezavantaje.

Hidropresa fructe (figura 1.7.)

Acest tip de presă are avantajul unui preț de realizare foarte scăzut comparativ cu alte opțiuni. De asemenea, utilizând apă pentru umflarea balonului de cauciuc natural, nu necesită o conexiune la energie electrică. Cu toate acestea, este foarte limitată atât în ceea ce priveste posibilitatea automatizării cât și a capacității maxime de procesare pe oră. În cazul în care nu există un sistem pentru recircularea apei utilizate, costurile apei pot fi ridicate, fără să menționăm consumul electric al unui astfel de sistem. Randamentul unei hidroprese este de maximum 75 %.

Fig.1.7. Hidropresă fructe [7]

Presa Hidraulică (figura 1.8.)

În cazul acestei prese, principalul avantaj este versatilitatea acesteia. Pe lângă un randament ridicat de 80 – 90 %, această presă poate fi utilizată pentru o largă varietate de tocături de fructe sau legume. Presarea efectivă se face prin ridicarea ”pachețelelor” cu tocătură de fructe, împreună cu tava de presare, utilizând un piston hidraulic și presarea acestora împotriva unei plăci de presare.

Pentru creșterea productivității presa este prevăzută cu o masă rotativă cu sistem de blocare prezentat în figura 1.9. Datorită acestui sistem operatorul are posibilitatea de a pregăti următorul pachețel cu tocătură pe măsură ce în cealaltă parte a mesei are loc presarea. Acest sistem are un randament foarte ridicat, și prezintă posibilități de automatizare și îmbunătățire față de modelele existente.

Fig.1.8. Presa hidraulică MKP 600 [7]

Fig.1.9. Sistemul de blocare al mesei rotative [7]

c. Presa cu Bandă (figura 1.10.)

Presa cu bandă este cea mai eficientă metodă de presare a tocăturii de măr. Această presă are un randament foarte ridicat, pâna la 95 %, și este cu funcționare continuă eliminând complet factorul uman și timpii morți. Cu toate acestea, este foarte limitată în ceea ce privește gama de fructe ce pot fi presate cu aceasta.

Presa cu bandă este un utilaj specializat pentru presarea tocăturii de semințoase, alte tipuri de fructe sau tocături ducând la distrugerea benzilor de presare. Aceasta funcționează prin presarea tocăturii între două benzi de presare din polimer alimentar, procedeu continuu.

Fig.1.10. Presa cu bandă MKSP 600 [7]

Pasteurizatorul [7]

Procedeul de pasteurizare permite prelungirea termenului de valabilitate de la 2 săptămâni la 1 an. Pentru acest procedeu se utilizează diverse tipuri de pasteurizatoare, utilizând ca sursă de energie pentru ridicarea temperaturii gaz sau curent electric.

În cazul variantei de încălzire pe gaz, prezentată în figura 1.11., există avantajul unui cost redus de operare, în special dacă clădirea unde se face procesarea este racordată la rețeaua de gaz. De asemenea, are avantajul posibilității utilizării curentului 220 V pentru funcționarea centralei.

Fig.1.11. Pasteurizatorul pe gaz MKPAG 300 [7]

Varianta de încălzire cu curent electric este o soluție mult mai simplă și mai curată decât cea cu gaz. Această variantă are avantajul de a ocupa mai puțin spațiu, și de a nu necesita conexiune la gaz sau horn de evacuare a gazelor. Dezavantajul principal al acestui tip de pasteurizator este necesitatea curentului trivazic 380 V pentru a se asigura un flux suficient de suc pasteurizat.

Fig.1.12. Pasteurizatorul electric MKPA 300 [7]

Stația de Îmbuteliere [7]

În urma procesului de îmbuteliere se obține produsul finit, ambalat, și pregătit pentru vânzare. Stațiile de îmbuteliere sunt echipamente specializate pentru îmbutelierea sucurilor firebinți în diferite ambalaje. Cele mai utilizate metode de ambalare sunt sticlă sau PET, pentru care se folosește stația din figura 1.13. și Bag in Box pentru care se folosește stația din figura 1.14. Caracteristicile acestora diferă în funcție de gradul de automatizare și ambalajul utilizat.

Fig.1.13. Stația de îmbuteliere la sticle cu 6 capete [7] Fig.1.14. Stația de îmbuteliere la Bag in Box MK BIB 420 [7]

Ambalajele Bag in Box [7]

Ambalajele Bag in Box sunt probabil una dintre cele mai avansate soluții in domeniul ambalajelor alimentare. Acest tip de ambalaj constă într-o pungă sigilată cu robinet cu piston și o cutie de carton. Din această cauză, prețul acestora este relativ scăzut. În prima fază, robinetul este detașabil, pentru a permite umplerea pungii cu sucul fierbinte. După umplerea pâna la cantitatea recomandată, se elimină aerul rămas prin apăsarea pungii și se introduce robinetul în orificiul prevăzut. Datorită acestui proces, punga se auto-videază și nu își pierde această proprietate pentru o perioadă foarte lungă de timp (mai mult de 1 an) considerând ca robinetul nu este utilizat. După utilizarea robinetului, termenul de valabilitate scade drastic, de la 1 and la 2 săptămâni. În această perioadă de timp robinetul oprește în continuare pătrunderea aerului, oferind un mare avantaj față de ambalajele Tetrapak sau PET Cutia de carton este utilizată pentru protecția peretelui dublu al pungii, perete moale și predispus la perforare.

Fig1.15. Ambalaj Bag-in-Box [7]

CAPITOLUL 2

DESCRIEREA PROGRAMELOR DE PROIECTARE ȘI SIMULARE UTILIZATE LA ELABORAREA PROIECTULUI DE DIPLOMĂ

2.1. Autodesk Inventor [2]

Pentru a elabora proiectul de diplomă am utilizat programul de proiectare Autodesk Inventor. În continuare, în cadrul acestui capitol, am să descriu programul utilizat.

Autodesk Inventor este un program de proiectare și desenare asistată de calculator destinat atât utilizatorilor începători cât și celor experimentați.

Acesta prezintă o interfață prietenoasă și intuitivă, prezentată în figura 2.1, care oferă proiectantului o varietate mare de instrumente de desenare și modelare. Deși Inventor oferă posibilitatea realizării proiectelor detaliate în 2D, programul oferă o varietate mult mai mare de unelte în ceea ce privește modelarea 3D. Programul permite utilizatorului să proiecteze fiecare componentă a unui sistem complex separat. După această etapă, componentele pot fi asamblate pentru crearea sistemului dorit, oferind de asemenea posibilitatea modelării unei versiuni explodate a produsului, cum este arătat în figura 2.2.

Pe lângă opțiunile de proiectare și modelare Autodesk Inventor oferă utilizatorului posibilitatea de a simula funcționarea sistemului dezvoltat și crearea animațiilor care surprind această funcționare.

Alte funcționalități importante ale programului sunt crearea desenelor izometrice și a celor în secțiune pornind de la un model 3D. Programele CAD cum este Autodesk Inventor au un puternic impact economic asupra procedeului de proiectare.

Acestea nu doar permit modelarea și proiectarea prototipului într-un timp mult mai scurt decât metodele clasice, dar permit și efectuarea diverselor teste de funcționare, rezistență, aerodinamică, etc. fără a fi nevoie de construirea fizică a prototipului.

Fig. 2.1. Interfața programului Autodesk Inventor[2]

Fig. 2.2. Exemplu de model 3D explodat [2]

2.2. FluidSIM [1]

FluidSIM este un program complex utilizat pentru dezvoltarea, simularea și studiul circuitelor electropneumatice, electrohidraulice și a celor digitale. Programul permite utilizatorului să proiecteze circuitele cu ușurință prin metoda drag & drop.

Acest sistem ajută proiectantul să construiască cu ușurință diversele sisteme pe care trebuie să le studieze. FluidSIM oferă un editor de circuite sub formă de diagramă, cu o descriere detaliată a tuturor componentelor, conform figura 2.3. Un imens avantaj economic al utilizării programului fluidsim este posibilitatea simulării sistemelor complexe și scumpe, fără a fi necesară construcția fizică a acestora. De asemenea, în ciuda complextății ridicate a modelelor fizice și a procedurilor matematice precise, simulările în cadrul FluidSIM se desfășoară uimitor de repede.

Fig. 2.3 Varietatea componentelor electro-hidraulice din FluidSIM [1]

2.3. SolidWorks Electrical [9]

În cadrul programului de proiectare electrică SolidWorks Electrical, am putut realiza schema electrică a presei înainte și după îmbunătățire. După realizarea simulărilor în FluidSIM pentru a dovedi funcționalitatea sistemului creat, SolidWorks Electrical mi-a permis proiectarea sistemului electric trifazic în modul în care acesta poate fi aplicat în realitate.

Programul permite utilizatorului să aleagă dintr-o gamă largă de componente electrice, observate în figura 2.4. și să realizeze scheme electrice complexe pentru a facilita dezvoltarea panourilor de control. Utilizarea SolidWorks Electrical permite o foarte rapidă așezare a componentelor și firelor, diferențiate cu cod de culoare în funcție de fază, fiind o variantă mult mai simplă și mai rapidă față de proiectarea clasică pe hârtie.

Fig. 2.4. Interfața programului Solidworks Electrical [9]

CAPITOLUL 3

STUDIU PRIVIND CREȘTEREA EFICIENȚEI ECONOMICE PRIN ÎMBUNĂTĂȚIREA FUNCȚIONĂRII PRESEI PENTRU MERE MKP 600

3.1. Prezentarea presei hidraulice MKP 600 [7]

În cadrul proiectului de diplomă, mi-am propus să realizez un studiu în urma căruia să demonstrez că un utilaj pentru presarea fructelor la rece poate fi îmbunătățit în scopul creșterii eficienței economice, reducându-se astfel timpii auxiliari. Presa MKP 600 este un utilaj specializat în stoarcerea la rece a diverselor tipuri de fructe. Aceasta funcționează prin presarea așa-numitelor ”pachețele” de tocătură, prezentate în figura 3.1.[7], utilizându-se un piston hidraulic cu acțiune dublă, direcția de presare fiind de jos în sus. Presa are o putere de presare de 25 de tone, presiune distribuită pe suprafața plăcilor componente în pachețelele de tocătură. Utilajul are o capacitate de procesare orară de 600 kg de tocătură în cazul utilizării timpilor optimi de presare și pregătire a pachețelelor, din această capacitate de procesare rezultă o producție orară de aproximativ 350 litri de suc, valoare care poate să varieze puternic în funcție de tipul de fruct, gradul de hidratare al acestuia, sezon și temperatură. În figura 3.1. este prezentat printr-o imagine de catalog utilajul de tip presă MKP 600, utilaj căruia în cadrul studiului doresc să îi aduc câteva îmbunătățiri privind funcționarea acestuia într-un sistem automatizat. Acest utilaj prin optimizarea funcționării va asigura o producție mult mai ridicată prin reducerea timpilor ne-utilizați, asigurând în același timp un relativ confort pentru operatorul uman ale cărui sarcini sunt mai puține și mai simple.

De asemenea, condițiile de igienă ale produsului cunosc o îmbunătățire remarcabilă, prin distanțarea față de procesatorul uman. Pentru a se permite o acțiune relativ continuă a presei, aceasta prezintă o masă rotativă cu sistem de blocare ca în figura 3.2.[7] care permite operatorului să curețe tava de lucru și să pregătească următoarele pachețele de tocătură în timp ce are loc presarea în cealaltă tavă de lucru.

Fig. 3.1. Presă hidraulică MKP 600 încărcată cu pachețele pregătite pentru presare [7]

Fig. 3.2. Sistemul de blocare al mesei rotative [7]

3.2. Avantajele și dezavantajele comenzilor electrofluidice (electropneumatice, electrohidraulice)

Comenzile electrice utilizate în acționările pneumatice și hidraulice au apărut din necesitatea de a minimiza timpul afectat ciclurilor de funcționare a instalațiilor, liniilor de fabricație, etc. cu scopul eficientizării proceselor de producție.

Avantaje:

Utilizarea comenzilor electrofluidice permite realizarea de instalații funcționând în ciclu automat, deci cu productivitate mare.

Utilizarea semnalelor electrice conferă rapiditate etajului de comandă(semnalul electric circulă mai repede decât cel fluidic, aparatele electrice comută mai repede decât cele fluidice).

Echipamentele electrice sunt, de multe ori, mai ieftine decât cele fluidice.

Semnalul electric nu este sensibil la variații de temperatură și la variații dedirecție a suportului. Cu puteri mici, deci cu consum energetic redus, se comandă puteri mari (înetajul de execuție).

Gabaritul și flexibilitatea suportului pentru semnalul electric (conductoarele)sunt superioare, din punct de vedere calitativ vorbind, gabaritului și flexibilității suportului semnalului fluidic (furtune, țevi de legătură).

Instalațiile echipate electro-fluidic pot fi programate (comandate) prin intermediul programatoarelor electronice și/sau a calculatoarelor deproces. Deci, combinarea comenzii electrice cu electronica oferă o mare flexibilitate circuitelor electro-fluidice, permițând modificarea rapidă și facilă a parametrilor funcționali (în spațiu și timp), afișarea și semnalizarea, precum și interpretarea lor.

Dezavantaje:

Instalațiile echipate electro-fluidic depind de două surse de energie pneumatică sau hidraulică și electrică.

Sunt necesare instalații suplimentare specifice, scumpe și cu gabarit mare, transformatoare, tablouri electrice, etc.

Aplicațiile circuitelor electro-fluidice sunt limitate datorită pericolului de incendiu, explozie.

Există pericol de accidente prin electrocutare.

Este necesar personal de întreținere specializat.

3.4. Proiectarea și modelarea 3D și 2D a presei MKP 600 [2]

În cadrul proiectului de diplomă, conform temei, mi-am propus să aduc o îmbunătățire care sper să aibă statut de inovație, deoarece conceptul inovativ adus de mine în cadrul funcționării optime a presei MKP 600 constă în automatizarea procesului de revenire a pistonului cu acțiune dublă a presei în poziția inițială. Prin această îmbunătățire atenția operatorului uman este îndreptată spre pregătirea următorului lot de tocătură de fructe.

În cadrul variantei originale, operatorul are pe de-o parte sarcina de a pregăti loturile de tocătură de fructe ce urmează a fi presate, dar și cea de a urmări procedeul de presare pentru a da comanda coborârii pistonului împreună cu placa de presare și tava de presare la finalizarea presării, asigurând finalizarea procesului. Acest procedeu, deși la prima vedere poate părea nesemnificativ, are un impact puternic asupra atenției operatorului respectiv asupra performanței acestuia. Prin integrarea unui temporizator în sistemul electric de control al presei, ne putem asigura că pistonul hidraulic este coborât automat după timpul optim de presare, eliminând pe de-o parte necesitatea atenției continue a operatorului asupra procedeului de presare, iar pe de altă parte timpii ne-utilizați în care operatorul poate decide că timpul de presare nu a fost suficient, deși tocătura de fruct este deja uscată.

Pentru realizarea studiului în cadrul proiectului de diplomă am pornit de la studierea și analiza modelului fizic existent, unde am făcut un releveu în urma căruia am modelat 3D și 2D presa hidraulică pentru mere MKP 600. Pentru proiectarea 3D am utilizat programul de proiectare Autodesk Inventor descris în detaliu în capitolul 2. Principiul de funcționare al presei modelate 3D constă în acționarea cilindrului hidraulic cu dublă acțiune, acesta realizând o cursă liniară pe verticală împreună cu talpa de presare și tava de presare de 340 mm.

Pistonul cilindrului hidraulic trebuie să exercite o presiune totală pe suprafața care vine în contact cu talpa de presare de 249 kN. După atingerea extensiei maxime a cursei pistonului la o presiune maximă de 180 de bari, durata optimă de presare este de 20 de secunde.

În figurile (3.3). respectiv (3.4). se prezintă o vedere isometrică modelată 3D a presei în stare de repaus. Din imaginea vederii isometrice modelată 3D reies conform cotării, principalele dimensiuni ale acesteia, conform releveului realizat.

Fig. 3.3. Model 3D presa hidraulică MKP 600 în stare de repaus. Vedere isometrică din față

Fig. 3.4. Model 3D presa hidraulică MKP 600 în stare de repaus. Vedere isometrică din spate

Prin acționarea sistemului electro-hidraulic presa ajunge în starea de presare prezentată în figura 3.5. împingând astfel tava în care se află pachețelele de tocătură asupra plăcii de presare.

Fig. 3.5. Model 3D presa hidraulică MKP 600 în stare de presare. Vedere isometrică din față

După această perioadă se poate iniția secvența de coborâre pentru a se ajunge din nou în starea de repaus. Sistemul cu masă rotativă și două posturi de lucru permite operatorului să pregătească următorul set de pachețele de tocătură pe măsură ce are loc presarea. În figurile 3.6. se poate observa secțiunea presei în stare de repaus pentru o mai bună înțelegere a componentelor acesteia. Sistemul mesei rotative este format dintr-un cadru metalic fixat pe un cilindru, permițând rotirea mesei în limita impusă de structura cadrului. La rândul său cilindrul este fixat între două lagăre sudate de cadrul presei, asigurând astfel poziția sa relativ la acest cadru.

Fig. 3.6. Secțiune prin modelul 3D al presei hidraulice MKP 600 în stare de repaus

După acționarea sistemului electro-hidraulic, pistonul ajunge în extensie, presând astfel tava care conține pachețelele cu tocătură de fructe asupra plăcii de presare. În timpul acestui procedeu sucul de fructe se prelinge pe pachețele în tava de presare, curgând mai departe în tava de colectare prevăzută sub aceasta. Cursa totală a pistonului este de 340 mm, acesta fiind prevăzut cu un opritor de cursă și cu un sistem de amortizare pentru evitarea obturării. Putem observa secțiunea pistonului în extensie în figura 3.7. împreună cu caracteristicile sale.

Fig. 3.7. Secțiune prin modelul 3D al presei hidraulice MKP 600 în stare de presare

Pentru a oferi o prezentare detaliată a componentelor presei MKP 600, acestea sunt numerotate în figura 3.8. oferind în același timp proiecțiile 2D ale utilajului.

Fig. 3.8. Modelul 2D al presei hidraulice MKP 600 și principalele părți componente ale acesteia

În tabelul 3.1. se prezintă conform numerotării ansamblului elementele componente ale presei prezentate în figura 3.8.

Tabelul 3.1.

Pentru o mai bună analiză asupra dimensiunilor și caracteristicilor presei am prezentat în figurile 3.9. – 3.13. vederi isometrice 2D ale presei cu cote.

Fig 3.9. Schema 2D a presei MKP 600, vedere isometrică din față

Fig. 3.10. Schema 2D a presei MKP 600, vedere isometrică din stânga

Fig. 3.11. Schema 2D a presei MKP 600, vedere isometrică din dreapta

Fig. 3.12. Schema 2D a presei MKP 600, vedere isometrică de sus

Fig. 3.13. Schema 2D a presei MKP 600, vedere isometrică de jos

3.5. Conceperea schemei hidraulice de funcționare, în sistem automatizat [1]

Pentru a proiecta și aduce îmbunătățiri constând în automatizarea procesului de presare a utilajului presei hidraulice MKP 600 a fost nevoie de proiectarea sistemului hidraulic și de simularea funcționării acestuia. În schema hidraulică funcțională prezentată în figura 3.16. se pot observa elementele componente ale sistemului hidraulic reprezentat în stare de repaus. Elementele componente ale instalației hidraulice sunt următoarele:

Rezervor în interiorul căruia avem ulei hidraulic aditivat H18A. Acesta poate fi utilizat la presiuni de până la maximum 250 bar, timpul aferent utilizării în sarcină poate ajunge până la 10.000 ore funcționale.

Pompă hidraulică duplex cu roți dințate, cu dantură exterioară. În figurile 3.14. și 3.15. de mai jos se prezintă principiul de funcționare al unei pompe cu roți dințate cu dantură exterioară.

Fig. 3.14. Principiul de funcționare al unei pompe cu roți dințate cu dantură exterioară

Fig. 3.15. Secțiune pompă dublă etajată cu roți dințate cu dantură exterioară

Supapă de siguranță, și de limitare a presiunii.

Cilindru hidraulic cu dublă acțiune, având caracteristicile D = 95 mm, d = 80 mm, c = 340 mm.

Distribuitor de tip D4/3 acționat electro-magnetic.

Drosele de cale 2 buc.

Filtre 2 buc.

Releu de presiune.

Manometru.

Prin acționarea valvei 4/3 cu poziție de închidere putem deschide circuitul hidraulic pentru a permite acționarea pistonului conform figurii 3.16.

Fig. 3.16. Schema hidraulică a sistemul hidraulic al presei MKP 600 în stare de repaus

Pistonul hidraulic este orientat vertical și este dotat cu mecanism de frânare și oprire pentru evitarea obturării. Pentru o bună înțelegere a sistemului îmbunătățit a fost nevoie de simularea sistemului electric existent, dar și a celui îmbunătățit, pentru a putea observa funcționarea acestuia în concordanță cu sistemul hidraulic.

Fig. 3.17. Sistemul hidraulic al presei MKP 600 în curs de extensie a pistonului

Fig. 3.18. Sistemul hidraulic al presei MKP 600 în curs de coborâre a pistonului

În figura 3.19. putem observa etapele de funcționare ale sistemului electro-hidraulic prin utilizarea sistemului vechi cu 2 chei și 2 butoane. Panoul 1 reprezintă starea de repaus, stare în care nu este activ nici sistemul de urcare nici cel de coborâre al pistonului. În panoul 2 observăm activarea cheii sistemului de urcare, lucru care permite activarea sistemului prin apăsarea butonului prezentat în panoul 3. Prin apăsarea acestui buton, este activată alimentarea continuă a solenoidului S2 prin automenținerea releului aferent, lucru prezentat în panoul 4. Solenoidul S2 modifică poziția valvei 3/4 pentru permiterea accesului presiunii în partea de jos a cilindrului hidraulic, activând astfel secvența de urcare. Această etapă are o viteză de 0.003 m/s, având o durată totală de 2.13 minute. După această etapă durează aproximativ 2 secunde pentru ca presiunea din cilindru să ajungă la valoarea optimă pentru presare, anume 180 de bari.

În momentul atingerii presiunii optime, senzorul de presiune BR1 acționează întrerupătorul aferent solenoidului S2 pentru oprirea alimentării electrice și revenirea valvei 3/4 la poziția sa neutră, lucru care poate fi observat în panoul 5. Timpul optim pentru presarea tocăturii este de 20 de secunde. După această perioadă, se decuplează cheia solenoidului S2 pentru oprirea alimentării după cum putem observa în panoul 6. Pentru activarea secvenței de coborâre se cuplează cheia solenoidului S1, după care se activează automenținerea releului aferent prin activarea butonului, prezentate în panoul 7. În panoul 8 putem observa secvența de coborâre a pistonului. Această operație se realizează la viteza de 0.007 m/s, procedeu care durează 1 minut. După terminarea secvenței de coborâre se va decupla cheia aferentă solenoidului S1 pentru dezactivarea sistemului, acțiune prezentată în panoul 9. În urma acestei acțiuni, sistemul revine în starea de repaus, prezentată în panoul 10.

Fig. 3.19. Sistemul electro-hidraulic al presei MKP 600 înainte de îmbunătățire

În figura 3.20. am descris etapele funcționării sistemului electro-hidraulic îmbunătățit.

Fig. 3.1

Fig. 3.20. Sistemul electro-hidraulic al presei MKP 600 după aplicarea îmbunătățirii

Pentru activarea sistemului se acționează cheia principală indicată in panoul 1. Prin acționarea butonului de pornire prezentat în panoul 2 se inițiază secvența de auto-menținere a releului adiacent solenoizilor S1 și S2. În prima fază după activare este acționat solenoidul S2, acționând secvența de urcare.

Fig. 3.21. Sistemul electric trifazic al presei MKP 600 după aplicarea îmbunătățirii

3.6. Calculul cilindrului hidraulic de acționare.

Ca și bază de pornire în scopul dimensionării și alegerii cilindrului hidraulic se porneste de la cunoasterea greutatea sarcinii mobile de lucru a presei, care este de 150 kg, reprezentând talpa de presare, tava de presare și pachețelele de tocătură de fructe. În figura 3.22 se prezintă prin simbol poziția cilindrului hidraulic liniar cu dublă acțiune, având viteză reglabilă.

Fig. 3.22. Cilindru hidraulic liniar cu dublă acțiune[1]

Pentru ca instalația hidraulică să-și realizeze sarcina de presare trebuie să respecte următoarea condiție prezentată în (3.1):

(3.1.) [6]

FU – Forța utilă de presare.

FP – Forța de presiune care acționează pe suprafața cea mai mare a cilindrului.

FR – Forțele rezistente.

(3.2.) [6]

unde:

FF1 – Forța de frecare dintre piston și cilindru.

FF2 – Forța de frecare dintre tijă piston și capacul cilindrului.

FE – Forța elastică de evacuare a lichidului hidraulic din camera opusă.

(3.3.) [6]

unde:

P = presiunea din cilindru;

1= coeficientul de frecare dintre garnitura pistonului si cilindru;

D = diametrul cilindrului;

b = grosimea garniturii pistonului;

(3.4.) [6]

(3.5.) [6]

unde:

Din ecuatiile de mai sus rezulta o ecuatie de gradul doi în “D”.

30 = 124,34D2 – 22,79D – 33,91D – 33,91D2

124,34D2 – 90,61D – 170 = 0

D = 9,5 cm = 95 mm D = 95mm

dt = 0,84D = 80 mm dt = 80mm

Cursa maxima a pistonului c = 340 mm.

În cazul cilindrului ales din catalog acesta are o construcție specială, diametrul tijei dt este mai mare deoarece este supus unor solicitări intense de presare iar tija trebuie să reziste la solicitări de flambaj.

CAPITOLUL 4

TEHNOLOGIA DE EXECUȚIE A REPERULUI CON MORSE

4.1. Tehnologia de execuție a reperului con morse

Pentru executarea reducțiilor se utilizează oțelul aliat de cementare 16MnCr5 (SIMBOLIZARE ALFANUMERICĂ SR EN 10084). Pentru a rezista la solicitări superioare aceste oțeluri se tratează termic, obținându-se proprietăți îmbunătățite. Conform STAS 791-80, acest oțel reprezintă următoarele proprietăți mecanice:

Tabelul 4.1.

Compoziția chimică se prezintă în tabelul 4.2:

Tabelul 4.2.

4.2. Itinerar tehnologic

Pentru realizarea reducțiilor de tip Morse sau ISO am conceput o tehnologie de grup, care este valabilă pentru oricare reducție din seria (1 … 6), diferind dimensiunile de prelucrare în conformitate cu tabelul 4.1. Pentru aceasta am conceput următorul itinerar tehnologic:

01 debitare;

05 strunjire frontală L+ Ap – găurire d5 l5;

10 strunjire conică interioară la l6;

15 strunjire frontală la L – centruire, strunjire conică la 8018’;

20 strunjire conică exterioară la L;

25 frezare coadă b l cu R;

30 frezare canal extracție h g – 50%;

35 frezare canal extracție h g – 50%;

40 tratament termic: călire-revenire la 55-60 HRC;

45 rectificare conică exterioară;

50 rectificare conică interioară;

55 marcare;

60 control tehnic de calitate final.

Dimensiunile precizate anterior rezultă din tabelul 4.3 pentru fiecare număr de reducție. În conformitate cu valorile din tabelul 4.3 am ales exterior 4 interior 3.

Fig. 4.1. Desenul 2D al reperului con morse

Tabelul 4.3. Dimensiunile reducțiilor

În continuare am prezentat calculul analitic al adaosului de prelucrare, a regimurilor de așchiere și normarea tehnică.

4.3. Determinarea adaosului de material la suprafețele indicate

Mărimea adaosului de prelucrare trebuie să fie astfel stabilită încât, în condițiile concrete ale fabricației considerate să se asigure realizarea suprafețelor în toleranțele prescrise și la un cost de prelucrare convenabil.

Pentru calculul adaosului de prelucrare se pot folosi două metode:

metoda experimentală statistică;

metoda de calcul analitic.

Metoda de calcul analitic este cea mai indicată deoarece poate duce la economii de metal de 6-15% din greutatea piesei finite. Se deosebesc următoarele noțiuni referitoare la adaosul de prelucrare :

adaos de prelucrare intermediar;

adaos de prelucrare total.

În figura 4.2. se prezintă evoluția operațiilor tehnologice concepute modelată 3D în ordinea cronologică a operațiilor de prelucrare.

Fig.4.2. Modelarea 3D a procesului tehnologic de prelucrare.

Calculul adaosului de prelucrare la semifabricatul laminat

1. Pentru suprafețe frontale la lungimea L;

1.1. Calculul adaosului de prelucrare pentru strunjirea de finisare, operația precedentă fiind strunjirea de degroșare

[mm] [4] (4.1)

Rzp = 50 (µm) [4]

Sp = 50 [µm]

ρ’p = K · DL · l

ρ’p – eroare spațială

K – coeficient de micșorare a erorilor spațiale

K = 0,07

Dc – curba specifică a semifabricatului

Dc = 0,1

ρp = 0,07 · 0,1 · 220 = 1,54 [mm]

εc = 0 – eroare de orientare

2·Ac nom = 2·Ac min + Tp

Tp = 0,20 [µm] [5]

Tp – toleranța admisibilă clasa a 6-a de precizie

1.2. Calculul adaosului de prelucrare pentru strunjirea de degroșare, operația precedentă fiind debitarea.

(4.2)

Rzp + Sp = 0,3 [mm]

ρp = 1,54 [mm]

2·Ac nom = 2·Ac min + Tp

Tp = 0,5 [mm]

2·Ac nom = 3,68 + 0,5 = 4,18 [mm]

2·Atot = 2·Acnomfin + 2·Acnomdegr = 3,3 + 4,18 = 7,48 [mm] (4.3)

2·Atot = 7,48 [mm]

2. Pentru diametrul D2

2.1. Calculul adaosului de prelucrare pentru strunjirea conică exterioară, operația precedentă fiind strunjirea de degroșare.

(4.4)

Rzp = 50 [µm]

Sp = 50 [µm]

ρp = 1,54 [mm]

2·Ac nom = 2·Ac min + Tp

Tp = 460 [µm]= 0,46 [mm]

2·Ac nom = 3,74 (μm)

2.2. Calculul adaosului de prelucrare pentru strunjirea de degroșare, operația precedentă fiind laminarea

(4.5)

Rzp = 150 [µm] = 0,15 [mm]

Sp = 250 [µm] = 0,25 [mm]

ρp = 1,54 [mm]

Calculul lotului optim

Pentru producția de serie este necesar să se calculeze mărimea optimă a lotului de piese.

La prelucrarea pieselor în loturi, la lansarea în fabricație a fiecărui lot se consumă un timp de pregătire-încheiere în care ponderea cea mai mare o are timpul necesar de reglare a utilajului.

Mărimea lotului lansat în fabricație nu poate fi oricât de mare, deoarece de mărimea lui depinde productivitatea muncii și prețului de cost al prousului.

Lotul optim se determină:

M – serie de fabricație pe an M = 200.000

t – stoc de rezervă t = 3-5 ani

f – nr. de zile lucrat pe an f = 255

Numărul de loturi se calculează cu relația:

Perioada de repetare a lotului:

Determinarea ritmului de fabricație:

Fr – fondul real de timp

M – numărul de produse pe an

Nsch – numărul de schimburi = 3

H – numărul de ore dintr-un schimb = 8 ore

f – numărul de zile lucrătoare într-un an

K – 0,6…0,9

Fr = H · f · K = 8 · 255 · 0,8 =1632

Fr = 1632 (ore)

R = 1,47 (min)

4.4. Alegerea mașinilor-unelte și a caracteristicilor acestora

Pentru realizarea operațiilor necesare obținerii piesei de tipul: reducții sau port-scule la un modul de translație hidraulic, sunt necesare următoarele mașini-unelte:

Strung normal cu S.N.A 250

Domeniul de utilizare: sunt strunguri destinate prelucrării diferitelor piese în universal sau între vârfuri, atât în cazul unicatelor cât și seriilor mici și mijlocii. Cinematica și construcția acestor mașini permit executarea următoarelor operații:

strunjire longitudinală, transversală, cu avans manual și mecanic, găurire cu avans normal manual sau mecanic, tăiere filetelor metric, țoli, modul;

Descriere: sunt strunguri normale mici. Batiul strungului de construcție rigidă e montat pe postament. Pe batiu e montată păpușa fixă și cutia de avans care constituie două ansamble distincte, reunite însă compact. În postament e montată cutia de viteze sau variatorul de turații, împreună cu motorul principal de acționare. Mecanismul de schimb a turațiilor e divizat între cutia de viteze și păpușa fixă.

Caracteristici tehnice :

Diametrul maxim al piesei peste batiu: 250 (mm);

Distanța maximă între vârfuri: 500 (mm);

Diametrul maxim al piesei peste cărucior: 130 (mm);

Diametrul maxim de prelucrare din bară: 32 (mm);

Numărul treptelor de turații: 12;

Domeniul de turație: 63 … 2800 rotații/minut;

Numărul treptelor de avans longitudinal și transversal: 24;

Domeniul de avans: – longitudinal: 0,45 … 5 (mm/rotație);

transversal: 0,015 … 1,66 (mm/rotație);

cursa maximă a pivolei: 145 (mm);

cursa maximă a somiei transversale: 180 (mm);

puterea motorului principal: 3 (kw);

masa mașinii: 1000 (kg);

dimensiuni de gabarit: – lungime: 1750 (mm);

lățime: 945 (mm);

înălțime: 1398 (mm);

Mașina de rectificat universal

Domeniul de utilizare: aceste mașini sunt destinate prelucrării prin rectificare a pieselor de revoluție, atât la exterior cât și la interior.

Descriere: arborele port-piatră al păpușii fixe este antrenat de un motor de curent continuu, care permite reglarea turației fără trepte. Lagărele de alunecare ale arborelui port-piatră realizată dintr-un bronz special, permit o funcționare perfectă la jocuri reduse ceea ce conferă mașinii o bună rigiditate. Suportul port-piatră e prevăzut cu ghidaje pentru avans automat de lucru acționat hidraulic. Astfel pot fi realizate în cadrul unui ciclu automat operații de rectificare prin trecere sau prin pătrundere de avans de degroșare sau finisare precum și curse rapide de apropiere și de reatragere. Prin adaptarea unui dispozitiv de control se poate obține o precizie de repetabilitate de 0,003 mm. Masa mașinii e acționată de asemenea hidraulic, având o mișcare rectilinie lină și continuă. Inversarea cursului de deplasare se face fără șocuri de presiuni și pe precizie de repetabilitate 0,02 mm.

Caracteristici tehnice:

diametrul exterior maxim de rectificare: 100 (mm);

domeniul diametrului interior: 15-80 (mm);

lungimea maximă rectificat – exterior: 300 (mm);

interior: 100 (mm);

lățimea maximă a pietrei: 40 (mm);

turația arborelui pietrei: 1480 (rotații/minut);

domeniul turațiilor piesei: 63-800 (rotații/minut);

unghiul maxim de rotire a mesei: 12ș;

unghi de rotire a suportului pietrei: 45ș;

unghi de rotire a păpușii port-piatră: 90ș;

puterea motorului de antrenare a pietrei: 3 (kw);

Mașină de frezat specială cu 5 axe (fig 3.4)

Caracteristici:

– diametrul maxim al sculei – 20 mm

– cursă verticală 150 mm

– cursă orizontală – 100 mm

– număr de axe – 5

– dimensiunile mesei: 85×70 mm

– puterea motorului 5kW

3.8. Alegerea S.D.V.-urilor

În vederea asigurării condițiilor eficiente de lucru la prelucrarea pieselor pe strunguri este indispensabilă utilizarea dispozitivelor specifice atât pentru prinderea semifabricatelor cât și a sculelor. Aceste dispozitive sunt fie accesorii standard ale mașinii, fie dispozitive proiectate pentru familii de piese sau chiar speciale pentru o anumită piesă.

La proiectarea dispozitivelor de orientare și fixare a semifabricatelor se pornește de la studiul piesei, în scopul identificării bazelor de cotare și a stabilirii bazelor de orientare.

Alegerea S.D.V.-urilor necesare s-a efectuat pentru fiecare operație în parte și s-au notat în coloanele 5-6-7 ale procesului tehnologic de fabricație a reperului.

4.5. Determinarea regimului de așchiere și a normei de timp, pentru fiecare operație

Conform itinerarului tehnologic prima operație este debitarea. Se realizează cu ajutorul unui fierăstrău alternativ.

Regimul de așchiere este următorul:

t= 3 mm – adaos de prelucrare

v= 5m/min – viteza de așchiere

s= 1 mm – avans trasversal

Strunjire de degroșare. Faze:

orientarea și fixarea semifabricatului;

strunjire frontală la L + Ap;

centruire;

Ap adausul de prelucrare la lungime L = 220 va fi 2,09 (mm), iar la diametrul D2 = 63,892 (mm) va fi 2,17 (mm) pe o parte.

Aceste dimensiuni reprezintă dimensiunile maxime ale reducțiilor.

Scula așchietoare:

Cuțit 20 x 20 STAS 6377-80/P30-1.

Adâncimea de așchiere va fi:

Avansul se alege din tabel:

Pentru t < 3 (mm) se alege S = 0,75 (mm/rot) [4]

Se alege din caracteristicile SN 250 avansul 0,68 (mm/rot).

Viteza economică de așchiere are valoarea de:

[4] (4.6)

unde[5]:

Cv =294 –coeficient ce ține cont de natura materialului

Kv = Kg ·K · Ks · Kr · Kms · Km · Ksm · Ksf · K

Kv = coeficient de corectare a vitezei în funcție de aria secțiunii transversale a cuțitului

Kg =0,96

K =0,91 – unghiul de atac principal

K = 1 – unghiul de atac secundar

Kr = 0,87 – raza de rotunjire a vârfului cuțitului

Kms =1 – coeficient al materialului sculei

Km =1 – material de prelucrat

Ksm =0,9 – coeficientul modulului de obținere a semifabricatului

Ksf =0,9 – starea stratului superficial

K =1,2 – coeficient unghiular de degajare

Kv = 0,2382

T = 90 mh – durabilitatea cuțitului

mv = 0,125 – exponent al durabilității

xv = 0,18 – coeficient al adâncimii de așchiere

yv = 0,35 – coeficient al avansului

nv = 1,75 – exponent al durității

Turația piesei va avea valoarea:

Turația strungului SN 250 cea mai apropiată este:

n = 480 (rot/min)

Cu aceste valori viteza de așchiere va fi:

Se verifică puterea motorului cu relația:

(4.7)

Puterea necesară:

P2 = 165 (daN)

NR < NME NME=3 kw

Cu acestea se poate realiza regimul de așchiere:

t = 2 (mm)

S = 0,68 (m/rot)

Vr = 98,01 (m/rot)

nr = 98,01 (m/rot)

P2 = 165 (daN)

Operația centruire

Diametrul găurii de centrare d = 2,5 (mm)

Adaosul de prelucrare:

(mm) (4.8)

Scula: Burghiul de centruire cu con de protecție 120ș

d = 2,5 (mm) STAS 1114-82

Regim de așchiere

Avans: pentru un diametru al burghiului d= 2,5 se recomandă

S = 0,025 (m/rot)

la păpușa mobilă la SN 250 se efectuează deplasarea manuală.

Viteza de așchiere:

d = 2,5 (mm) se recomandă v = 18 (m/min)

Turația:

(rot/min) (4.9)

Turația nominală a universalului strungului apropiat este np =2500 (rot/min).

Cu aceasta valoarea vitezei de așchiere va avea valoarea:

(m/min) (4.10)

Regim de așchiere va avea valorile :

adâncimea t = 1,25 (min)

avans S =0,025(m/rot)

viteza de așchiere vr =19,63 (m/min)

Puterea necesară nu se calculează pentru că la un S = 0,025 și t = 1,25 nu poate depăși valoarea pentru motorul electric de acționare.

Operația strunjire exterioară a suprafeței conice

Dimensiunile sunt de Φ 63,892 pe lungimea de L = 220 (mm)

Adâncimea de așchiere va fi:

(4.11)

Scula: Cuțit încovoiat dreapta cu h x b = 20 x 20

STAS 6377-80, cu plăcuța din carburi metalice (P20)

Pentru caracteristicile date avansul pentru strunjire va fi 0,6-1,2 (mm) la t < 3 (mm).

Se alege avansul S= 0,3

Viteza economică de așchiere va fi:

(4.12)

unde:

Cv =285

Kv = Kg ·K · Ks · Kr · Kms · Km · Ksm · Ksf · K

Kv = 0,98 ·0,5 · 0,92 · 0,87 · 0,85 · 1 · 1,2 · 1= 0,698

T = 90 min

mv = 0,125

xv = 0,25

yv = 0,33

nv = 1,25

Ve = 107,47 (m/min)

Turația necesară va fi:

Turația cea mai apropiată la SN 250 este 480.

Cu aceasta valoarea vitezei de așchieare:

(m/min) (4.13)

Puterea se verifică cu relația:

(4.14)

[4] (4.15)

CFz = 3,57

t = 2,35

yFz = 0,75

xFt = 1

nz = 0,75

Fz =3,57 ·2,35 · 0,80,75 · (229)0,75=12,27

(kw)

Regimul de așchiere pentru aceasta va fi:

t =2,35 (mm)

s =0,3 (mm/rot)

va=102,54 (mm/min)

4.6. Normarea tehnică

Determinarea normei de timp a operației strunjire frontală

Norma tehnică de timp este durata necesară pentru executarea unei operații.

[4] (4.16)

Tn – timp normat pe operație

Tb + Ta – timp efectiv

Tpi – timp de pregătire încheiere

N – numărul de piese din lot = 100 buc.

Analitic :

– timp de bază (4.17)

L = lungimea de strunjire L = D/2 = 34 (mm)

L1 = lungimea de angajare a sculei L1 = 2 (mm)

L2 = lungimea de ieșire a sculei L2 = 1 (mm)

i = 1 – numărul de treceri

n = 480 (rot/min)

s = 0,68 (mm/rot) – avans

Timpul ajutător (auxiliar) se compune din:

Timpul ajutător pentru comanda mașinii

ta1 – potrivirea sculei la dimensiunea de așchiere 0,03 min

ta2 –deplasarea manuală a saniei transversale 0,08 min

ta3 –timp pentru cuplare 0,15

Ta = 0,03 + 0,08 + 0,15 = 0,26 (min)

Timp de deservire tehnică și organizatorică

(4.18)

Timp de deservire organizatorică

(min) (4.19)

Timp de odihnă și necesități firești

t d1 = t d + t d0=0,0226 + 0,0139 =0,0359 (min)

Timp unitar pe operație

(4.20)

Timpul normat pe operație va fi:

(4.21)

Tpi=12 (min) – timp de pregătire – încheiere

Strunjire exterioară conică

Timp auxiliar este 0 pentru că nu se face prinderea și desprinderea piesei.

Timpul unitar pe operația.

T u =T b1 + T ai + T d1 + T on1 + T pd1 + T op2 + T on2 + T d2 + T n3 (4.22)

T u =4,806 (min)

Timp de pregătire încheiere

Tpi=12 (min) – timp de pregătire – încheiere

Pentru operația în care se utilizează 1 – 3 scule = 4,8 (min)

La producția de serie mică 100buc/lot

T n 20 =4,8 + 4,8/100 = 4,8 (min)

Rectificare exterioară conică

Rectificare exterioară la D2

Timp de bază

(4.23)

L = 1 – (0,2 – 0,4) Bp

Bp = lățimea pietrei = 25 (mm)

L = 25 – 0,2 25 = 20 (mm)

Sl = 20 (mm/rot)

np = 125 (rot/min)

tod de așchiere la o trecere 0,02

k = 1,3

Timpi auxiliari

Ta = ta1 + ta2 + ta3 + ta3’ + ta4 =0,25+0,02+0,025+0,025+0,25=0,58 (min)

Timpul de deservire tehnologică

Td =0,263 (min)

Timpul de odihnă și necesități firești

Tpî =17 (min)

Timpul de bază

(4.24)

L=l – 0,2 Bp

l=188 (mm)

L= 188-0,2 25= 183 (mm)

Ta =0,52

Td =0,26

(4.25)

Tn45=2,6 (min)

Normarea tehnică la rectificare interioară conică.

Top =3,32 (min)

Top = Topî K=3,32 1,5 =4,98 (min)

Ton =0,398 (min)

Tn50 =18,6 (min)

Calculul normei tehnice de timp la operația frezare:

Tn = tb + ta + ton + td + tpî /N [min] (4.26)

l2 = (2 … 5) [mm]

s = 0,95 [mm/rot]

n = 320 [rot/min]

tpî = 34 [min]; [4.tab.12.11]

ta1 = 0,36 [mm]; [4.tab.12.16]

ta2 = 0,10 [mm]; [4.tab.12.21]

ta3 = 0,24 [min];

Timp de deservire tehnică:

Norma tehnică de timp va fi următoarea:

Cu aceste valori norma totală de timp pentru un reper va fi:

Tnbuc = T01 + Tn05 + Tn10 + Tn15 + Tn20 + Tn25 + Tn30+ Tn35+ Tn45+
+Tn50 = 2+1,68+4,8+2+3,2+1,308+2,6+3+2,5=23,09 (min)

Acesta norma de timp este valabilă dacă s-ar prelucra o singură piesă la operația frezare canal extracție, deoarece conform figurii 4.3. unde într-un dispozitiv mecanizat se prelucrează 5 piese simultan, norma de timp pentru acestă operație se reduce la 0,52 minute astfel încât: Tn total=21,03 (min) ceea ce reprezintă o creștere a productivității cu 10 %, ceea ce justifică utilizarea dispozitului conceput.

Fig. 4.3. Dispozitiv multiplu de frezat reducții conice

CAPITOLUL 5

CALCULE ECONOMICE ȘI MĂSURĂTORI UTILIZATE ÎN CADRUL STUDIULUI PRIVIND CRESTEREA EFICIENTEI PRIN ÎMBUNĂTĂȚIREA FUNCȚIONĂRII PRESEI PENTRU MERE MKP 600

5.1. Calculul forței hidraulice necesare presei MKP 600

În cadrul acestui subcapitol mi-am propus ca pe baza unor formule să calculez forța hidraulică generată de cilindrul hidraulic cu dublă acțiune din componența utilajului, forță necesară procedeului de presare la rece al fructelor. În acest sens din prospectul utilajului oferit de firma producătoare am utilizat la determinarea forței următoarele formule.

Pentru a determina forța de presare se folosește formula 5.1 de mai jos.

(5.1) [6]

(5.2) [6]

Unde:

F = Forța de presiune pe piston [N]

p = Presiunea pe piston utilizată [bar]

A = Suprafața pistonului [cm2]

D = Diametrul pistonului [cm]

Înlocuind în formula 5.1 cu valori ale dimensiunilor ariilor cilindrului hidraulic folosind formula 5.2.

Din documentația pusă la dispoziție de producător, presiunea utilizată p este de 180 bari, presiune generată de o pompă cu roți dințate cu dantură exterioară etajată.

Înlocuind în formula 5.2 cu valori ale dimensiunilor pistonului rezultă că aria calculată cu formula de mai jos este de 70,85 cm2.

70,85 cm2

Fpresare = 180 * 70,85 * 10

Forța de presare calculată are următoarele valori:

Fpresare = 127.530 N

Fpresare = 12.753 daN

5.2. Calculul debitului pistonului

În funcționarea în regim automatizat al presei am urmărit să reduc timpii aferenți prin care operatorul uman opera comenzile în funcție de abilitățile acestuia. Pentru calculul vitezelor în procesul de presare respectiv procesul de revenire al pistonului în poziția inițială am folosit următoarele formule.

(5.3) [6]

(5.4) [6]

(5.5) [6]

(5.6) [6]

În continuare, utilizând formulele 5.7 și 5.8, voi determina debitele necesare la presare utilizând un avans de lucru respectiv debitul necesar retragerii pistonului în poziția inițială.

[cm3/min] (5.7) [6]

[cm3/min] (5.8) [6]

Unde:

VAL,RR = Viteza pistonului [cm/s]

QAL,RR = Volumul debitului de curgere [cm3/s]

A1 = Suprafața efectivă a pistonului (cerc) [cm2]

A2 = Suprafața efectivă a pistonului (inel) [cm2]

În continuare, înlocuind în formula 5.5 și 5.6 cu dimensiunile de catalog ale cilindrului hidraulic, am obținut prin calcule următoarele arii.

70,85 cm2

Din simularea realizată în Fluidsim am obținut o valoare a vitezei avansului de lucru utilizat la presare vAL = 0.3 m/min, și viteza retragerii rapide vRR = 0.7 m/min.

Înlocuind în formulele 5.7 și 5.8 cu valorile dimensionale ale mărimilor liniare ale pistonului respectiv vitelelor generate de programul Fluidsim obținem:

[cm3/min]

[cm3/min]

[cm3/min]

[cm3/min]

[cm3/min]

[cm3/min]

5.3 Calculul timpilor pentru fiecare fază de presare

În cadrul acestui subcapitol am realizat, utilizând formulele 5.9 și 5.10 de mai jos, calculul efectiv al timpilor aferenți la presare utilizând un avans de lucru respectiv timpul de revenire al cilindrului presei în poziția inițială.

[min.] (5.9) [6]

[min.] (5.10) [6]

Unde:

= Timpul la avans de presare

= Timpul la avans de retragere a cilindrului hidraulic în poziția inițială

L = Lungimea cursei pistonului

L = 340 [mm], L= 0.34 [m]

vL = Viteza avansului de lucru

vL = 0.3 [m/min] obținută din programul Fluidsim

vR = 0.7 [m/min] obținută din programul Fluidsim

Înlocuind în formulele 5.9 și 5.10 cu valori efective a mărimilor cursei și vitezei obținem timpii efectivi la avans de lucru respectiv la retragere rapidă.

[min.]

[min.]

Timpul calculat la un ciclu de presare:

[min.]

[min.]

[min.]

Timpul calculat la revenirea cilindrului hidraulic în poziția inițială:

[min.]

Acești timpi sunt utilizați în continuare în calculele privind eficiența economică prin comparație a sistemului de presare înainte și după modernizare.

5.4. Calculul costului de modernizare al presei MKP 600

În acest subcapitol mi-am propus să calculez costurile de modernizare aferente îmbunătățirii aduse de mine presei MKP 600. Pentru aceasta a fost necesară calcularea prețurilor componentelor, a manoperei repsectiv al proiectării.

Pentru calculul prețului compontelor a fost necesară însumarea tuturor componentelor care au fost modificate sau adăugate.

În tabelul 5.1 se pot observa prețurile și cantitatea componentelor necesare îmbunătățirii presei.

Tabel 5.1 Prețurile și cantitatea componentelor necesare îmbunătățirii presei

În continuare am calculat costul total al componentelor necesare modernizării prin însumarea acestora.

Ccomponente = 1 * 12 + 4 * 0.5 + 1 * 0.5 + 1 * 12 = 26,5 [Euro]

Pentru calculul manoperei am estimat un timp de lucru de 1 oră pentru modificarea și îmbunătățirea sistemului electric existent. Având în vedere că salariul mediu brut al unui electrician este de 916,9 Euro am calculat costul manoperei.

[Euro]

Pentru proiectarea și simularea tuturor elementelor necesare aplicării îmbunătățirii a fost nevoie de 80 de ore. Salariul unui inginer proiectant fără experiență este de 882,41 Euro pe lună. În continuare am calculat costul proiectării îmbunătățirii.

[Euro]

Din calculele efectuate putem ajunge la costul total de îmbunătățire al presei MKP 600 prin însumarea tuturor costurilor.

Cmodernizare = Ccomponente + Cmanoperă + Cproiectare = 26,5 + 5,73 + 441,2 = 473,43 [Euro]

Prețul de piață al unei prese hidraulice pentru mere MKP 600 este de 8.700 Euro.

Din calculele de mai sus putem concluziona că costul total al unei prese îmbunătățite este suma dintre prețul acesteia și costul componentelor necesare plus costul manoperei. Costul de proiectare, deși este cel mai ridicat, se aplică doar la început, urmând să se amortizeze în timp.

CpresăM = Cpresă + Ccomponente + Cmanoperă = 8.700 + 26,5 + 5,73 = 8.732,23 [Euro]

Graf. 5.1. Comparația costului dintre presa MKP 600 existentă și varianta îmbunătățită

5.5. Calculul comparativ al normei de producție

Urmărind activitatea operatorilor umani în timpul producției am luat în considerare la calculul eficienței economice o medie a timpilor auxiliari sub forma timpilor pentru întreruperi legate de tehnologie și organizare.

5.5.1. Calculul productivității orare

În continuare mi-am propus să realizez mai multe calcule economice din care să rezulte productivitatea muncii comparând presele MKP 600 înainte și după îmbunătățirea funcționării acesteia lucrând în sistem de presare automatizat. Conform ecuației (5.11) de mai jos am calculat durata operativă pentru un ciclu de presare.

(5.11) [8]

unde:

Top1 = Durata timpului operativ pentru un ciclu de producție prin care se presează 150 kg de tocătură de fruct cu un randament de 75% sub forma a 10 pachețele de 15 kg fiecare

tAL = Timpul la avans de presare [min]

tRR = Timpul la avans de retragere a cilindrului hidraulic în poziția inițială [min]

tpresare = Timpul optim de menținere a presării [min]

tpregătire = Timpul mediu necesar pregătirii pachețelelor de tocătură pentru o presare [min]

tîntreruperi = Timpul total mediu al întreruperilor din cauze tehnice sau organizaționale care survin în timpul procedeului [min]

R1,2 = Randamentul presei în raport cu capacitatea de producție furnizată de producător [%]

Cu formula (5.12) de mai jos se calculează numărul ciclurilor de presare în unitatea de timp, în cazul de față fiind o oră.

(5.12) [8]

Înlocuind în formula 5.11 cu valorile timpilor măsurați în cadrul procedeului de lucru pentru o tură de procesare în care se procesează 150 kg de tocătură de fruct obținem:

[min]

La un ciclu de presare se procesează 150 kg de tocătură din fructe. Înmulțind numărul de presări cu capacitatea de presare per ciclu obținem cantitatea procesată în decurs de o oră.

(5.13) [8]

Într-o oră de funcționare a presei în regim ne-îmbunătățit se obține o capacitate de procesare de 411 kg/oră.

Cu formula 5.14 se determină randamentul presei față de capacitatea de catalog emisă de furnizor. Înlocuind cu valorile calculate mai sus rezultă că randamentul este de 68,5 %.

(5.14) [8]

Deoarece capacitatea de catalog a presei este de 600 kg de tocătură pe oră, putem trage concluzia că presa lucrează sub capacitatea maximă posibilă. Randamentul observat în momentul de față este de 68,5 % din capacitatea de procesare a presei în timpi optimi.

Pentru creșterea randamentului am făcut un studiu asupra optimizării timpilor de lucru prin automatizarea proceselor avansului de lucru, timpului de presare și a retragerii rapide.

Această optimizare permite intercalarea timpilor de pregătire și a celor cauzați de întreruperi cu timpii efectivi de lucru ai presei. Datorită unei marje de presare mai lungi, timpul tpresare de modifica din 0.3 minute în 0.42 minute.

[min]

[min]

Cu formula 5.14 se determină randamentul R2 al presei față de capacitatea de catalog emisă de furnizor, acesta fiind diferit datorită automatizării. Înlocuind cu valorile calculate mai sus rezultă că randamentul este de 97,5 %.

Rdiferență = 97,5 – 68,5 = 29%

Graf. 5.2. Randamentul sistemului existent în raport cu cel îmbunătățit

Din calculele de mai sus putem concluziona că randamentul de producție al presei a crescut cu 29% din capacitatea totală furnizată de producător. Acest lucru înseamnă o producție suplimentară de:

Qoră2 – Qoră1 = 585 – 411 = 174 [kg/oră]

Din aceste calcule rezultă că metoda de automatizare propusă contribuie substanțial la creșterea productivității muncii, deci la creșterea eficienței economice.

5.5.2. Calculul productivității la un schimb de 8 ore

În continuare am determinat cantitățile procesate utilizând cele 2 sisteme de presare pe parcursul unui schimb de 8 ore. În continuare, conform calculelor de mai jos rezultă cantitățile în kilograme procesate per schimb.

Qtură1 = Qoră1 * 8 = 411 * 8 = 3.288 [kg/schimb]

Ntură1 = Noră1 * 8 = 2,74 * 8 = 21,92 [presări/schimb]

Qtură2 = Qoră2 * 8 = 585 * 8 = 4.680 [kg/schimb]

Ntură2 = Noră2 * 8 = 3,9 * 8 = 31,2 [presări/schimb]

Qdiferență = Qtură2 – Qtură1 = 4.680 – 3.288 = 1.392 [kg/schimb]

Ndiferență = Ntură2 – Ntură1 = 31,2 – 21,92 = 9,28 [presări/schimb]

Din calculele efectuate se poate observa o creștere a productivității de 1.392 [kg/schimb] respectiv o creștere a frecvenței presărilor cu 9,28 [presări/schimb].

Graf. 5.3. Productivitatea sistemului existent în raport cu cel îmbunătățit la un schimb de 8 ore

5.5.3. Calculul productivității lunare

În cadrul acestei analize economice mi-am propus să realizez prin comparație productivitatea celor două utilaje înainte și după modernizare pe parcursul unei luni, care are un număr de 20 de zile lucrătoare. Utilizând formulele de mai jos și realizând calculele am obținut următoarele valori.

Qlună1 = Qtură1 * 20 = 3.288 * 20 = 65.760 [kg/lună]

Nlună1 = Ntură1 * 20 = 21,92 * 20 = 438,4 [presări/lună]

Qlună2 = Qtură2 * 20 = 4.680 * 20 = 93.600 [kg/lună]

Nlună2 = Ntură2 * 20 = 31,2 * 20 = 624 [presări/lună]

Qdiferențălună = Qlună2 – Qlună1 = 93.600 – 65.760 = 27.840 [kg/lună]

Ndiferențălună = Nlună2 – Nlună1 = 624 – 438,4 = 185,6 [presări/lună]

Din calculele efectuate se poate observa o creștere a productivității de 27.840 [kg/lună] respectiv o creștere a frecvenței presărilor cu 185,6 [presări/lună].

Graf. 5.4. Comparația numărului de presări lunare ale sistemului existent în raport cu cel îmbunătățit

CONCLUZII

În cadrul proiectului de diplomă am urmărit elaborarea capitolelor în conformitate cu îndrumările îndrumătorului de proiect prevăzute în tema dată.

În Capitolul 1, „Utilaje relevante în producția sucurilor presate la rece” am prezentat câteva echipamente specifice utilizate la presarea la rece a fructelor respectiv procesarea sucului obținut în vederea prelungirii termenului de valabilitate.

În cadrul Capitolului 2, „Descrierea programelor de proiectare și simulare utilizate”, în vederea proiectării utilizând calculatorul am prezentat câteva programe de proiectare și simulare utilizate.

În continuare, în Capitolul 3, „Studiu privind cresterea eficientei prin îmbunătățirea funcționării presei pentru mere MKP 600”, am realizat proiectarea 3D a instalației utilizând programul Autodesk Inventor, precum și sistemele electrohidraulice existent respectiv modernizat utilizând FluidSIM. Pentru proiectarea sistemului electric la curent trifazic am utilizat Solidworks Electrical.

Capitolul 4, „Tehnologia de execuție a reperului con morse” detaliază etapele de prelucrare și calculele necesare obținerii reperului con morse.

În final, în Capitolul 5, „Calcule economice și măsurători utilizate în cadrul studiului privind cresterea eficientei prin îmbunătățirea funcționării presei pentru mere MKP 600”, am realizat calculul de eficiență economică privind modernizarea propusă de unde rezultă o creștere substanțială a productivității muncii respectiv a eficienței economice, prin reducerea timpilor auxiliari.

În concluzie, îmbunătățirea adusă de mine presei hidraulice pentru fructe MKP 600 aduce o creștere semnificativă a randamentului presei în raport cu modelul existent. De asemenea, costul de modernizare este nesemnificativ comparativ cu prețul de catalog al presei.

Consider că obiectivul propus prin tema dată a fost realizat.

BIBLIOGRAFIE

[1.] – art-systems.de/www/site/en/fluidsim

[2.] – autodesk.com/products/inventor/overview

[3.] – Bungău C.: „Ingineria sistemelor de producție”, Editura Universității din Oradea, 2000;

[4.] – Picos C.: „Calculul adausurilor de prelucrare și al regimurilor de așchiere”, Editura Tehnică, București, 1974;

[5.] – Pop M. „Proiectare asistată de calculator”, curs, Editura Universității din Oradea;

[6.] – Tocuț Pavel Dănuț: „Acționări Hidraulice”- Universitatea din Oradea, 2016;

[7.] – tothequip.ro

[8.] – scritub.com/sociologie/resurse-umane/Calculul-normelor-de-munca22867.php

[9.] – solidworks.com/category/electrical-design

OPIS PROIECT DE DIPLOMĂ