Пресс для винограда на пневмоусилителе: усилие по корзине

Краткий ответ: усилие пресса для винограда равно давлению на мезгу, умноженному на площадь плиты по диаметру корзины: F = p × π × D² / 4. Для винограда давление берут в долях мегапаскаля, около 0,1–0,5 МПа, а не 1 МПа, как для яблок.

Спрос на тему смешанный: по Вордстату запрос «пресс для винограда» набирает 11 038 показов в месяц, но основная часть этого спроса про ручные и бытовые прессы, «пресс для яблок» — 15 261, «пресс для отжима винограда» — 1 864. Здесь разбираем узкий случай: корзинный пресс малого объёма, где плиту двигает цилиндр или пневмогидравлический усилитель. Про яблоки и общую схему отжима у нас есть статья пресс для сока своими руками, про масличные культуры, где давление на порядок выше, — маслопресс. Здесь только виноград и корзина.

Сколько давления нужно виноградной мезге?

Давление на мезгу не равно давлению в пневмосети: это то, с чем плита давит на единицу площади раздавленных ягод. Точного «правильного» значения нет, оно зависит от сорта, степени дробления, высоты слоя и ткани, поэтому цифры ниже даны как ориентиры. По открытым описаниям производителей, пневматические мембранные прессы для винограда работают при давлении в мембране около 1–2 бар (0,1–0,2 МПа), а корзинные доходят до примерно 5 бар (0,5 МПа). Для сравнения, яблочная мезга в пакпрессе требует 0,8–1,2 МПа. Поэтому виноград и стал той культурой, где пневматика вообще имеет шанс.

Сильное перепрессовывание вредит не только оборудованию. В сок переходят горькие вещества косточек и гребней, и это вопрос качества вина или сока, а не выхода. Поэтому давление в пневмосети держат регулятором и растят ступенями, а не подают сразу полным.

Как посчитать усилие по диаметру корзины?

Площадь плиты берём по внутреннему диаметру корзины D: A = π × D² / 4. Зазор между плитой и стенкой невелик, поэтому в оценке им пренебрегаем, а в запас берём 25 %. Усилие F = p × A, где 1 МПа на 1 мм² даёт 1 Н.

1. Ø150 мм: A = 17 671 мм², при 0,5 МПа F = 8,8 кН.
2. Ø200 мм: A = 31 416 мм², при 0,5 МПа F = 15,7 кН.
3. Ø250 мм: A = 49 087 мм², при 0,5 МПа F = 24,5 кН.
4. Ø300 мм: A = 70 686 мм², при 0,5 МПа F = 35,3 кН.
5. Ø350 мм: A = 96 211 мм², при 0,5 МПа F = 48,1 кН.

Это чистая геометрия, без трения и веса плиты. Вес плиты и трения в направляющих добавляют потери, поэтому запас 25 % принят как допущение, которое проверяют опытом на образце: регулятор поднимают ступенями и записывают давление, при котором сок перестал течь.

Таблица: корзина, усилие и что ставить

Столбец «прямой цилиндр» показывает, какой стандартный цилиндр ISO 15552 даёт нужное усилие при 0,6 МПа с потерями 10 % на трение уплотнений (допущение). Усилия цилиндров при 0,6 МПа: Ø100 — 4,2 кН, Ø125 — 6,6, Ø160 — 10,9, Ø200 — 17,0, Ø250 — 26,5, Ø320 — 43,4 кН.

листайте таблицу вбок →

Видно, где проходит граница. На корзине Ø350 мм при 0,5 МПа не хватает даже крупнейшего цилиндра. А чем крупнее прямой цилиндр, тем он дороже и массивнее самого пресса: Ø250 или Ø320 мм на ход 100–200 мм становится самой тяжёлой частью машины. Тут усилитель компактнее: поршень Ø80 мм вместо Ø250. Это и есть та самая граница, о которой стоит знать до покупки: усилитель нужен не потому, что цилиндр «слабый», а потому что габариты и цена цилиндра растут быстрее усилия.

Пример на артикуле MPT-80-1~100: корзина Ø250 мм

Допущения примера: внутренний диаметр корзины 250 мм, давление отжима 0,5 МПа (верхняя граница корзинного пресса), запас 25 %.

1. Усилие на плите. F = 0,5 × 49 087 = 24 544 Н ≈ 2 503 кгс.
2. С запасом. 24 544 × 1,25 = 30 680 Н ≈ 3 130 кгс.
3. Усилитель. У Ø80 5T по таблице усилий SNS для серии MPTF K = 1 000 кгс на 1 кгс/см²; для MPT это оценка, своей таблицы усилий у серии нет. Давление p = 3 130 / 1 000 ≈ 3,1 кгс/см² ≈ 0,31 МПа. Это внутри диапазона серии 0,2–0,8 МПа. Без запаса хватает 0,25 МПа, верх таблицы при 7 кгс/см² для Ø80 5T — 7 000 кгс.
4. Ход. Ход усиления у серии 5–20 мм, а остальной путь плиты до мезги проходит цилиндр на подводе. Честная оговорка: усиление работает на последних миллиметрах хода, а мезга сжимается на заметную высоту. Хватит ли 20 мм усиления на последнюю стадию, зависит от высоты слоя и дробления, и это проверяют на образце, а не берут из таблицы.
5. Артикул. MPT-80-1~100, 331 740 ₸. У Ø80 в прайсе WAALPC одно исполнение по усилию — 5T, в артикуле оно не кодируется.

Для сравнения прямой цилиндр: D = √(4F / (π × p)) = √(4 × 30 680 / (π × 0,6·10⁶)) ≈ 255 мм, то есть берут Ø250 с усилием 26,5 кН и вопросом по запасу, либо Ø320. Если ход плиты нужен переменный, удобнее MPTD-80-1~100, 469 680 ₸: у серии регулируемый полный ход, который выставляют под высоту слоя мезги.

Где цилиндр не нужен и где ему не место

Для корзины Ø150 мм при 0,2 МПа нужно 3,5 кН, около 360 кгс. Это нагрузка для винтового пресса с рычагом, и привод с воздухом там лишний: компрессор, подготовка воздуха и распределитель стоят дороже пресса. Цилиндр оправдан, когда нужны повторяемое усилие, цикл по кнопке и несколько корзин за смену. Если корзина под 100 кг мезги и тоннаж несколько тонн, прямой цилиндр уже не лезет по размеру, и тогда идёт усилитель.

Как подготовить воздух и вести цикл

Усилие задаёт давление, поэтому перед усилителем нужен регулятор с манометром: ARG, от 20 520 ₸, позволяет менять давление малыми ступенями. Подвод и возврат ведёт распределитель 5/2 серии 4V, от 4 920 ₸. Узел усиления включает отдельный распределитель 3/2 3V, от 3 600 ₸, когда плита коснулась мезги. Дроссели с обратным клапаном AS, от 1 080 ₸, на портах цилиндра, с дросселированием на выпуск, делают подвод плавным: резкий удар плиты по ягодам даёт мутный сок и повреждает ткань. Выхлоп гасит глушитель PSL, от 180 ₸. Верхнее положение плиты контролирует герконовый датчик HX-65R-2M, 3 360 ₸; подходит ли он к вашему цилиндру, определяет тип паза, разобранный в статье о выборе датчика по типу паза. У ARG внутренняя резьба G; у 4V по умолчанию PT, G — опция кода, уточняйте при заказе. Давление: ARG регулирует выход в диапазоне 0,1–0,85 МПа, 4V работает при 0,15–0,8 МПа, поэтому 0,31 МПа из примера укладывается в оба, а сеть 10 бар на распределитель и усилитель напрямую не подают: предел 4V и серии MPT — 0,8 МПа.

Состав цикла и схема разобраны в статье про схему управления пневмогидравлического пресса, принцип самого цилиндра — в материале про пневмогидравлический цилиндр. Родственный расчёт плиты по площади — пресс для сыра.

Граница ответственности: пищевой контакт

Сок контактирует с плитой, корзиной, поддоном и сливным лотком. Наши узлы (цилиндр, усилитель, распределители) в этом контакте не участвуют и должны быть отделены от сока: уплотнение штока, поддон и экран исключают попадание масла и смазки на мезгу. Материал плиты и корзины, их обработку и соответствие требованиям к материалам для пищевых продуктов определяет изготовитель пресса, мы эти вопросы не рассчитываем и по ним ничего не обещаем.

Типичные ошибки

• Берут давление для яблок. 1 МПа для винограда избыточно: усилие вдвое выше нужного, и сок получается горьким от косточек.
• Давят до упора за один ход. Виноградную мезгу прессуют ступенями с паузами на стекание сока.
• Путают давление в сети и на мезгу. Сеть 0,6–1,0 МПа, на мезгу идёт 0,1–0,5 МПа.
• Берут усилие из ряда «1/3/5 т» без расчёта. Тоннаж серии указан на ходе усиления 5–20 мм, а не на всём ходе плиты.
• Сеть без регулятора. Рабочий предел серий усилителей 0,8 МПа.

Пресс развивает большую силу в зоне рук. Нужны ограждение, пуск двумя кнопками и фиксация плиты в поднятом положении на время загрузки. Эта статья не заменяет оценку рисков машины.

Рубрики каталога

• Пневмоприводы: цилиндры и усилители;
• Усилители MPT: газогидравлические цилиндры;
• Калькулятор усилия цилиндра;
• Калькулятор скорости цилиндра.

Частые вопросы

Как посчитать усилие пресса для винограда?

F = p × π × D² / 4, где D — внутренний диаметр корзины, p — давление на мезгу. Для винограда p берут около 0,1–0,5 МПа. Пример: Ø250 мм при 0,5 МПа — 24,5 кН.

Хватит ли обычного цилиндра?

Для корзины до Ø300 мм при 0,5 МПа — да, но нужен цилиндр Ø160–320 мм. На Ø350 мм и больше нужен усилитель.

Какой усилитель нужен для корзины Ø250 мм?

По примеру хватает MPT Ø80 5T при давлении воздуха около 0,31 МПа (оценка по таблице SNS MPTF); у Ø80 исполнение одно — 5T.

Можно ли отжимать виноград давлением как яблоки?

Нет: для винограда давление ниже в несколько раз, а перепрессовка даёт горечь от косточек и гребней.

Подходят ли ваши узлы для контакта с соком?

Они не должны контактировать с соком. Материал плиты и корзины — зона ответственности изготовителя пресса.

Где пневматика нужна, если усилие даёт винт?

В автоматике цикла: подъём плиты, фиксация, подача корзины, пуск по кнопке.

Автор: команда CORNETA.KZ.