پایان نامه طراحی میکسرهای هیبریدی

پایان نامه مقطع کارشناسی

رشته مهندسی مکانیک

سال 1387

مقدمه

در این مجموعه اطلاعاتی گردآوری شده در مورد مخلوط‌کن‌ها، از مدل‌های ساده تا انواع صنعتی آن، و به طور مفصل در مورد نوع خاصی از آن‌ها که موضوع اصلی این پروژه است و هدف از این پروژه شرح کلی آن است، بحث می‌شود.

در این مجموع ابتدا اطلاعاتی عمومی در حد آشنائی با این دستگاه‌ها داده می‌شود در مورد نحوۀ کارکرد، اجزاء، سیستم‌های نیرو و انتقال نیرو و ... و بعد از آشنایی با این خانواده به سراغ محصول موضوع این پروژه می‌رویم و پیرامون محصول به تحقیق می‌پردازیم.

این تحقیق پروژۀ کارشناسی است و شامل کلیه اطلاعات لازم این رشته است از تمام دروس سعی شده استفاده شود تا این پروژه در حد مطلوبی جلوه کند در حد ساده از روابط استاتیکی و مقاومت مصالح از روابط ترمودینامیکی و دینامیکی و دیگر منابع نظیر تست‌های غیرمخرب، شناخت مواد و فلزات، ماشین‌کاری مواد و اندازه‌گیری دقیق و ... هم استفاده می‌شود.

مجموعۀ این تحقیق از معرفی محصول تا طراحی کلی این محصول را شامل می‌شود. در این تحقیق به نتایج جالبی دست پیدا کردیم که در حد خود حائز اهمیت و قابل توجه است. تجربه‌ای که از این تحقیق به دست آمده می‌تواند در آینده مفید واقع شود.

پروژه سعی بر این دارد که به طور کامل سیستمی را معرفی کند در جهت بهبود و صرفۀ انرژی و افزایش عمر دستگاه، برای این منظور ابتدا به شرح تئوری آن پرداخته و بعد رفته‌رفته طراحی محصول به همراه نقشه‌های سه‌بعدی آورده شده. ویژگی این پروژه در طراحی مکانیزم دو نیروی آن در ایجاد انتقال قدرت است. جای که سیستم‌های انتقال مکانیکی به بن‌بست رسیده است ما از سیستم‌های مغناطیسی کمک گرفته‌ایم و در محصول تحولی نو ایجاد کرده‌ایم با این طراحی توانسته‌ایم سیستم را در حد مطلوب کارآمدتر کرده و روند تولید را سریع‌تر و هزینۀ تعمیرات را کمتر و وقفه در کار را به حداقل برسانیم.

این مجموعه حاصل کار و تحقیق گروهی از افراد است که مدتها در یک سیستم کار کرده‌اند و فقط توسط من انعکاس داده شده شاید که در آینده صنعت‌کارانی نیز به این مورد برخورد کنند و این مجموعه بتواند در حل مشکل آن‌ها کمک کند من این پروژه را ارئه می‌کنم. امیدوارم در آینده مفید واقع گردد.

آشنایی با مخلوط‌کن‌ها:

ساده‌ترین چیزی که به ذهن می‌رسد نوع خانگی این محصول است، همزن ساده‌ای که در اغلب آشپزخانه‌ها یافت می‌شود. مواد داخل هم‌زن ریخته می‌شود و بعد از بستن در با فشار یک دکمه در زمان کمی مواد مخلوط می‌شوند.

تمام هم‌زن‌های صنعتی هم مکانیزمی مشابه همین وسیلۀ سادۀ خانگی دارد همه دارای مولد نیرو، انتقال نیرو، پره و محفظه برای نگه‌داری مواد هستند فقط در بعضی از انواع نوع پره تغییر می‌کند که بسته به موادی دارد که قرار است مخلوط شوند.

در طراحی این محصول نوع موادی که قرار است مخلوط شوند حائز اهمیت است. مواد جامد باشد یا مایع. یا چه غلظتی مواد دارد، مقاومت مواد در برابر پره و اصلا اینکه آیا مجموع ما توانایی این را دارد که این محصول را هم بزند و هزاران سوال دیگر در طراحی مطرح است.

ما ابتدا به شرح پرۀ هم‌زن می‌پردازیم، اینکه اصلاً بدانیم کدام پره، مناسب چه کاری است؟

اگر محصول ما فقط قرار است مایع بدون ویسکوزیته یا با ویسکوزیته کم را هم بزند بهتر است از یک پرۀ سه‌تایی مشابه ملخ هواپیما استفاده کنیم و در طراحی پره را در پایین‌ترین قسمت مخزن نصب کنیم و دور پره هم کم باشد تا ایجاد حباب نکند، به هر حال کف در مایع ما نوع عیب محسوب می‌شود. این یک مثال ساده از انواع مخلوط‌کن‌هاست با شرایط معمولی و خیلی ساده.

حال فرض کنید شرایط کمی تغییر کند، مادۀ ما کمی غلیظ و چگال‌تر باشد در اصطلاح دارای ویسکوزیته باشد، دیگر طراحی با لایه به درد نمی‌خورد چون فقط کف مواد مخلوط می‌شود. ورودی مواد ما جریان ثابت است درست مثل رودخانه‌ای که دارای سطح خیلی آرام و عمق بسیار آشفته‌ای است، این محصول جواب‌گوی کار ما نیست چون غلظت مواد بالاست سطح مایع ثابت باقی می‌ماند و خوب مخلوط نمی‌شود. بنابراین ما به نتیجۀ مطلوب دست پیدا می‌کنیم. در این شرایط چاره‌ای نداریم که نوع پره را عوض کنیم.

گزینه‌های موجود اول اینکه مشابه همان پره در سطح مایع طراحی شود و بر حسب نیاز و طول شفت تعداد را زیادتر کنیم مثلاً در وسط مایع هم پره طراحی شود اما اگر مایع باز چگال‌تر شود و باز غلیظ‌تر چه؟ از طرفی اضافه کردن تعداد پره‌ها حجم مخزن را پر می‌کند و فضای کمتری برای مواد اصلی می‌ماند و در نتیجه از هدف اصلی که مخلوط کردن مواد است دور می‌مانیم.

پس اضافه کردن پره‌ها در همۀ حال جوابگو نیست و مسئله ما را حل نمی‌کند، در این موارد بهتر است از پره‌های مارپیچ استفاده کنیم یا سطح مقطع کمتر و طول بیشتر، درست عین فنر مارپیچ که دور شفت ما محیط شده است و شفت را محصور کرده است با این روش پره در تمام مایع جریان دارد و تمام مواد را مخلوط می‌کند. این روش در اکثر مواقع جوابگو است مگر در شرایط خاص که مواد رو به جامد می‌رود یعنی فشار مواد بالاست و ممکن است به پره آسیب برساند در این صورت هم می‌توان پره را تقویت کرد.

به هر حال همیشه در صنعت مواردی هست که برای اولین بار مطرح می‌شود و باید برای آن‌ها راه‌حل داده شود.

فرض کنید مواد ما چسبنده است یعنی به دیواره‌ها می‌چسبد. در این موارد پره‌های بالا جوابگو نیست چون پره امکان دسترسی به بدنۀ مخزن را ندارد در نتیجه موادی که به بدنه چسبیده‌اند هیچ وقت مخلوط نمی‌شوند اینجا ما به پره‌ای نیاز داریم که مماس با بدنه حرکت کند. یعنی مواد را به گونه‌ای از بدنه جدا کند.

حال اگر مواد به خود پره‌ها چسبید چه؟

در اینجا می‌توان جنس پره را طوری متناسب با مواد در نظر گرفت که اصلاً مواد به آن نچسبد مثل ظروف تفلونی در آشپزخانه و یا سطوح خیلی سیقلی، یا آبکاری پره‌ها با مواد نچسب و مقاوم در برابر مواد چسبندۀ داخل مخزن.

به هر حال راه‌حلی همیشه وجود دارد فقط باید به دنبال آن گشت و پیدا کرد. صنعت در مقابل با مشکل هیچ‌وقت توقف نمی‌کند شاید مکث کوتاهی داشته باشد اما هیچ وقت از حرکت نمی‌ایستد و همیشه رو به جلو حرکت می‌کند بگذریم از اینکه در بعضی کشورها سریع و در بعضی کشورها هم مثل کشور ما کند و شاید خیلی کند است.

حال به سراغ سیستم انتقال نیرو در میکسرها «مخلوط‌کن‌ها» می‌رویم، اغلب موارد برای سهولت در کار از موتورهای الکتریکی استفاده می‌کنیم در شرایط خیلی ساده در مواقعی که فقط مواد باید خیلی ساده هم زده شود. ولی مواد مکانیکی و پنومائیکی هم وجود دارد و حتی هیدرولیک، که شرح آن‌ها می‌پردازیم، در همۀ حال باید در نظر داشته باشیم که شرایط و خصوصیات مواد مخلوط شده است که طراحی محصول را به ما تحمیل می‌کند و ما را مجبور می‌کند که مثلاٌ از سیستم پنوماتیکی استفاده کنیم یا سیستم الکتریکی و ...

سیستم هیدرولیکی

در طراحی صنعتی زمانی از این سیستم استفاده می‌شود که ما با مسئله فشار روبه‌رو هستیم، وقتی که مواد در موقع مخلوط شدن فشار بالایی به پره وارد می‌کنند. در این جا از هیدرولیک استفاده می‌کنیم با این سیستم می‌توان فشارهای بالا تولید کرد حتی تا بالای 100 بار.

گاهاً محصول ما با ماده‌ای روبه‌روست که در ابتدا نیروی زیادی برای هم‌زدن لازم ندارد ولی در طی پروسه ماده ما غلیظ‌تر می‌شود و نیروی هم‌ زدن هم بالا می‌رود این سیستم نیاز به مکانیزم هیدرولیک دارد.

هیدرولیک در اکثر مواقع جوابگوست تنها عیب آن در گرانی آن است و هزینۀ تعمیرات آن به علاوه به وسایل جانبی آن هم گران است نظیر شکل‌های روغن، هیدروموتور، کاسه نمدها، بلبرینگ‌ها و پمپ و الکتروموتور و ... اما در کل یک سیستم مطمئن است.

به هر حال می‌تواند مستقیماً به خروجی هیدروموتور وصل گردد و روی مخزن نصب شود، یا اینکه پره به گیربکس (جعبه دنده) و بعد به هیدروموتور وصل شود راه‌های زیادی برای نصب وجود دارد که بسته به نظر طراح دارد اما معمولاً پره را به شفت داخل مخزن وصل می‌کنند و بعد شفت را به یک جعبه دنده یا گیربکس وصل می‌کنند و بعد گیربکس را به خروجی هیدروموتور وصل می‌کنند و در نهایت یک سیستم قوی آماده می‌شود.

در سیستم پنوماتیکی هم همین‌طور است فقط قدرت ما به مراتب کمتر است و در مواقعی که سیال نیروی کمی در مقابل حرکت پره ایجاد می‌کند، از این سیستم استفاده می‌کنند.

موتورهای بادی معمولاًً دور متغییراند و مستقیم به پره وصل می‌شوند و توسط پیچ تنظیم دور خروجی را معین می‌کنند.

لازم به ذکر است که تجربه در همه حال حرف اول می‌زند یک مجموعه ممکن است از نظر تئوری عالی طراحی شود ولی در اجرا بد ساخته شود و جواب ندهد، تمام قسمت‌های یک مجموعه از مرحلۀ تئوری  تا اجرای باید هماهنگ و حساب شده باشد تا مجموعه بتواند درست کار کند گاهاً سیستم بارها به شکست می‌رسد تا نتیجه مطلوب کسب شود، برای هر مجموعه باید هزینه شود و تجربه کسب گردد، تجربه ضامن موفقیت یک محصول است یک محصول بدون تجربه شانس کمی برای به ثمر رسیدن و نتیجه‌ دادن دارد.

سیستم‌های الکتریکی:

در اغلب موارد از این مکانیزم استفاده می‌شود و ضعف قدرت توسط جعبه دنده تقویت می‌شود و به علت ارزانی نیروی برق و فراوانی و در دسترس بودن آن اکثر طراحان از این سیستم‌ها استفاده می‌کنند.