Описание технологической линии производства вареных колбас
Реферат
Пояснительной записки к
курсовому проекту по предмету "Машины и аппараты" студентки 4-ого
курса 13т группы агромеханического факультета Севастюк Татьяны Валерьевны.
Пояснительная записка состоит из ____ страниц, в том числе 5 рисунков, 2
чертежей формата А1 и 1 чертежа формата А2.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: КУТТЕР,
ЛИНИЯ ПРОИЗВОДСТВА, ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ, НОЖ, КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ.
Представлены:
- описание технического
задания на проектирование;
- описание линии
производства вареных колбас;
- кинематический и
энергетический расчет куттера;
- расчет вала;
- выбор подшипников.
Введение
Предприятия мясной промышленности нашей страны оснащены большим
количеством (более 400 наименований) технологического оборудования.
Рациональная эксплуатация оборудования требует глубокого знания его особенностей
и конструктивных признаков. При использовании современного технологического
оборудования важно сохранить в вырабатываемых мясных продуктах в максимальной
степени все компоненты.
Операции,
связанные с измельчением, в мясной промышленности составляют 70 %. Они широко
применяются при производстве колбасных, кулинарных, консервированных
мясопродуктов, а также пищевых производственных жиров, кормов, технических
продуктов, клея, желатина и др.
Сырьё и
вспомогательные материалы можно измельчать раздавливанием, раскалыванием,
ударом, разрывом, разламыванием, истиранием, резанием. Выбор механического
воздействия зависит от физико-механических свойств (прочности, упругости,
пластичности, вязкости, липкости и т.д.) и размеров измельчаемого продукта. В
технологическом оборудовании измельчение достигается сочетанием нескольких
видов механического воздействия, например резания с раздавливанием,
раскалывания с ударом (дробилки, силовые измельчители, волчки и др.), резанием,
раздавливанием с истиранием (куттеры, коллоидные мельницы и т.д.).
Технологическое
оборудование можно разделить на 2 основные группы:
-
оборудование для измельчения твёрдого сырья (мясокостного, костного, блочного
мороженого мяса, специй) – силовые измельчители, дробилки, волчки-дробилки,
агрегаты и измельчители для измельчения блочного мороженого мяса, измельчители
кости и специй;
-
оборудование для измельчения мягкого сырья (мышечной, жировой и соединительной
тканей) – волчки, шпигорезки, куттеры, коллоидные мельницы и измельчители мяса.
Оно бывает
периодического и непрерывного действия, работающим при атмосферном давлении и
под вакуумом. Оборудование каждой группы можно подразделить, в свою очередь, на
оборудование для крупного, среднего, мелкого и тонкого измельчения.
Исполнительный
орган оборудования для измельчения – режущий механизм, который выполнен либо
одиночной, либо парной деталью. В качестве одиночного режущего механизма
используют ножи различной конструкции, полотна или ножи в комбинации с
дополнительной режущей деталью, выполненной в виде решётки (плоской, конической
или цилиндрической), диска с зубьями или пальцами, а также ножей, расположенных
по конусу, цилиндру или плоскости. Парные детали бывают неподвижными или
встречновращающимися, плотно прижатыми к режущим ножам или смонтированными на
определённом расстоянии друг от друга. Одиночные режущие механизмы используют в
основном в оборудовании для измельчения твёрдого сырья, а механизмы с режущей
парой применяют для измельчения мягкого сырья.
1. Состояние
вопроса и обзор научно-технической литературы
Для тонкого измельчения мяса и приготовления фарша для вареных
колбас, сосисок и сарделек применяют куттеры. Их делят на настольные (с чашей
вместимостью до 30 л) и напольные, открытые и герметичные, с одним общим
электродвигателем или раздельным приводом ножевого вала и чаши, реверсивные и с
вращением ножевого вала только в одну сторону, с одной, двумя, тремя скоростями
ножевого вала либо с бесступенчатым регулированием скорости, с горизонтальным и
вертикальным расположением ножевого вала, с ручной или механической выгрузкой
готового продукта, с ручным или программным управлением.
Такое многообразие куттеров позволяет не только расширить их
функциональные возможности, но и значительно улучшить качество получаемого
фарша. Например, куттеры с реверсом и изменением скорости вращения ножевого
вала можно использовать для перемешивания фарша с получением однородной массы.
В этом случае скорость ножей должна быть минимальной, а перемешивание ведется
их тыльной незаточенной стороной. Качество фарша существенно зависит от
скорости вращения ножевого вала: чем она больше, тем шире область применения
куттеров, что особенно важно для предприятий и цехов малой и средней мощности.
Применение вакуума в герметичных куттерах позволяет сохранить цвет
сырья, улучшить связывание протеина и влаги и, в конечном итоге, увеличить
выход и качество продукции. Снижение содержания кислорода в сырье увеличивает
срок его хранения при переработке.
Принцип работы куттера целесообразно рассмотреть на примере его упрощенной
схемы (рис. 1). Куттер открытого типа состоит из чаши с крышкой, ножевого вала
с серповидными ножами и привода. С помощью клиноременной передачи ножевой вал
вращается с частотой 1500...5000 мин-1, а червячная передача
обеспечивает вращение самой чаши с частотой 6...40 мин-1.
Рис. 1 Устройство куттера: 1 - электродвигатель; 2 -
крышка; 3 - ножевой вал; 4 - червячная передача; 5 – чаша
Режущий механизм состоит из серповидных ножей, заточенных с одной
стороны, и стальной гребенки, которая очищает лезвия ножей от мяса. В
зависимости от марки куттера и требований, предъявляемых к обрабатываемому
сырью, на ножевой головке закрепляют 2, 3, 4, 6 или 9 ножей. Большое значение
для качества фарша и его нагрева в процессе куттерования имеет зазор между ножами
и чашей: он должен быть минимальным.
Загруженное в куттер сырье быстро измельчается ножевой головкой
при постоянной подаче его в зону резания за счет вращающейся чаши. Степень
измельчения зависит от длительности куттерования, скорости резания, числа ножей
и их заточки. В процессе измельчения в куттер добавляют воду или специальный
чешуйчатый лед. Этим достигается соблюдение рецептуры фарша, а также снижение
его температуры, которая при куттеровании повышается на 1...4 °С.
По окончании куттерования фарш выгружается из чаши специальным
механизмом. Простейший из них - плоская перемычка, опускаемая в чашу. При
вращении чаши фарш, упираясь в перемычку, перетекает через край чаши и по лотку
попадает в подставленную емкость. Такой механизм выгрузки применим в куттерах с
небольшой вместимостью чаши. В куттерах с вместимостью чаши более 100л рабочим
органом выгрузного устройства является тарелка, приводимая во вращение от
электродвигателя через зубчатую передачу. При вращении тарелка выбрасывает фарш
из чаши в желоб.
К конструктивным особенностям вакуумных куттеров относится наличие
герметичной чаши и вакуум-насоса. Масса обрабатываемого сырья на вакуумных
куттерах значительно больше, чем на обычных, так как герметически закрывающаяся
крышка позволяет осуществлять их более полную загрузку.
До поступления в куттер сырьё предварительно измельчают на волчке, но
отдельные конструкции куттеров имеют приспособления для измельчения кускового
сырья. Куттеры бывают периодического и непрерывного действия. Мясное сырьё в куттерах
измельчается при помощи быстровращающихся серповидных ножей, установленных на
валу. Ножи попеременно погружаются во вращающуюся с частотой до 0,3 с чашу.
Измельчение ведётся в открытых чашах или под вакуумом. Кроме того, в куттерах
совмещают процессы измельчения и перемешивания. На рис.1,а показана схема
куттера периодического действия. Он состоит из открытой чаши, режущего
механизма, включающего приводной вал и серповидные ножи, из гребёнки и крышки,
закрывающей рабочую зону куттера. К крышке прикреплены скребки, располагающиеся
по внешней и внутренней частям продукта, находящегося в чаше. Они направляют
продукт под режущий механизм при вращении чаши, который представляет собой
комплект серповидных ножей, закреплённых в ножевой головке. Число ножей в
комплекте для куттеров периодического действия составляет не менее двух, и
вращаются они с частотой до 100 с и более. Нож куттера может иметь режущую
кромку в виде прямой линии с заточкой в виде клина или малоизогнутой линии и
сложной геометрической формы (ломаная линия). Выбор ножа с первой или второй
формой заточки режущей кромки определяется требованиями качества измельчения
продукта и энергетическими затратами. При существующих формах заточки ножей
предпочтение отдаётся ассиметричному клину с углом при вершине от 15 до 30
градусов.
Рис. 2 Куттер периодического действия: а - схема работы: 1 -
крышка; 2 - вал; 3 - гребенка; 4 - нож; 5 - чаша; 6 - скребок; б - ножевая
головка куттера в сборе: 1 - нож; 2 - посадочная часть; 3 - втулка; 4 - отверстие;
5 - вал; 6 - штифт; 7 - отверстие; 8 - гайка; 9 - диск
Ножи закрепляют способом открытого и закрытого гнезда. В первом случае
крепление ножей с вилкообразной посадочной частью применяют для куттеров малой
производительности. Ножи укрепляют на валу гайкой, и они удерживаются силой
трения. Второй способ применяется для высокоскоростных куттеров. Ножи
изготавливают с отверстиями в посадочной части.
Конструкцию
ножей и ножевой головки (рис.2,б) выбирают такой, чтобы обеспечить их лёгкую
балансировку и поддерживать максимальный зазор между внутренней поверхностью
чаши и режущей кромкой ножа.
Вакуумный
куттер ВК-125 представляет собой (рис.3) машину средней производительности,
имеющую раздельные приводы чаши и ножевого вала. Чаша вращается от
электропривода переменного тока с двумя фиксированными скоростями. Для ножевого
вала используют электропривод постоянного тока, позволяющий: уменьшить
электропотребление за счёт исключения пусковых перегрузок; в широком диапазоне
бесступенчато регулировать режим измельчения в зависимости в зависимости от
технологических особенностей, качества и состояния измельчаемого сырья;
равномерно в зависимости от рецептуры смешивать различные компоненты и специи
без изменения структуры и консистенции фарша при вращении ножей в режиме перемешивания
в обратную сторону (т.е. оно ведётся на малой скорости тыльной стороной ножей).
С помощью устройства перемещения чаши относительно ножевого вала сокращается
время на смену ножей.
Предусмотрена возможность регулирования зазора между ножами и чашей,
что позволяет продлить срок службы ножей при их многократной переточке. Ножи
выполнены по специальной технологии и по стойкости не уступают зарубежным
аналогам.
Рис. 3. Вакуумный куттер ВК-125: 1 — станина; 2—чаша; 3— устройство
выгрузки продукта; 4 - разгрузочный диск; 5 — устройство для подъема крышки; 6
— крышка; 7 — пульт управления
Система управления куттера обеспечивает ручной и полуавтоматический
режимы. Доза воды подаётся автоматически во время куттерования без сброса
вакуума. Информационно - вычислительная система с цифровой индикацией
контролирует основные параметры на любой стадии приготовления фарша. Система
обеспечения безопасности исключает выполнение команды, которые могут привести к
поломке изделия и травме оператора. Основные детали куттера и облицовку
изготавливают из нержавеющей стали, что обусловливает их долговечность,
соответствие требования гигиены и технической эстетики.
Вакуумный измельчитель ВИНД (рис.4) может быть отнесён к группе
куттеров непрерывного действия. Сырьё при помощи шнекового насоса подаётся из
бункера во вращающуюся с частотой 0,8 с чашу измельчителя диаметром 400 мм. Под действием центробежной силы на стенках чаши образуется уплотнённый тонкий слой фарша,
который измельчается и эмульгируется вращающейся с частотой 70,8 с ножевой
головкой с закреплёнными на ней дисковыми ножами. Дисковые ножи, установленные
с малым зазором от стенок чаши, режут и эмульгируют фарш; погружение ножей в
фарш минимальное. Положение ножей относительно стенок чаши регулируется при
помощи эксцентрикового винта. В верхней части чаши с помощью скребка и шнека
осуществляется непрерывное удаление фарша. Вакуум в чаше регулируется от 80 до
20 кПа.
Рис. 4. Вакуумный измельчитель ВИНД: 1 — бункер; 2 - шнековый
насос; 3 — ножевая головка; 4— шнек выгрузки; 5— патрубок вакуум -насоса; 6 — чаша
Степень измельчения фарша при равном количестве его подачи
увеличивается с увеличением количества ножей и частоты вращения ножевой
головки, что позволяет получать различную степень измельчения. Получаемая
эмульсия стабильна, отличается хорошей водосвязывающей способностью.
Производительность 2500 – 3500 кг/ч.
2. Описание технологической линии производства вареных колбас
Изготовление вареных колбас состоит из следующих стадий:
– предварительное измельчение мясного сырья;
– посол и созревание мяса;
– тонкое измельчение и приготовление фарша;
– шприцевание фарша в оболочку;
– вязка батонов и навеска его на раму;
– тепловая обработка (обжарка, варка и охлаждение);
– хранение и упаковка.
Обваленное мясо жилуют и нарезают в зависимости от группового
ассортимента на куски массой до 1 кг. Мясо в кусках или в измельченном виде
взвешивают и подвергают посолу мокрым или сухим способом с использованием
посолочных ингредиентов. Затем сырье повторно измельчают в два этапа: грубо (на
волчке) и тонко (на куттере).
Сырье, пряности, воду (лед) и другие материалы взвешивают в
соответствии с рецептурой с учетом добавленных при посоле соли или рассола и
готовят фарш на куттере, куттере-мешалке, мешалке-измельчителе или других
машинах.
Вначале загружают нежирное мясное сырье (измельченное на волчке с
диаметром отверстий решетки 2…3 мм): говядину высшего, 1-го и 2-го сортов,
нежирную свинину, баранину жилованную, а также добавляют часть холодной воды
(льда), раствор нитрита натрия (если он не был внесен при посоле сырья),
фосфатиды, сыворотку или плазму крови, белковый стабилизатор, соевые белковые
препараты в виде геля. После 3…5 мин перемешивания вводят полужирную говядину,
пряности, препарат гемоглобина или кровь, сливочное масло (для колбасы
диетической), аскорбинат или изоаскорбинат натрия, либо аскорбиновую кислоту и
обрабатывают фарш еще 3…5 мин, за 2…5 мин до конца обработки добавляют крахмал
или муку.
При приготовлении фарша колбасных изделий с использованием белковых
препаратов (изолированных и концентрированных соевых белков, казеинатов и т.д.)
в конце перемешивания в куттер добавляют соль из расчета 2,5кг на 100кг
гидратированных белковых препаратов. Общая продолжительность обработки фарша на
куттере или куттере-мешалке 8…12 мин, температура готового фарша в зависимости
от температуры исходного сырья, количества добавленного льда и типа
измельчителя составляет 12…18 °С.
Для приготовления фарша в высокоскоростных вакуумных куттерах или
измельчителях (скорость резания более 120 м/с) используют несоленое жилованное
мясо в кусках. Для этого загружают говядину, добавляют лед, раствор нитрата натрия,
соль и другие ингредиенты, закрывают крышку куттера, создают остаточное
давление 15 кПа и куттеруют сырье 5…8 мин. Затем снимают вакуум и продолжают
куттерование в течение 3…4 мин до полной готовности фарша. Общая длительность
куттерования 8…12 мин. Температура готового фарша 11…12 °С.
Количество воды, добавляемой при приготовлении фарша, зависит от
состава сырья и составляет 15…30 % от массы куттеруемого сырья. Для снижения
температуры фарша рекомендуется воду заменять льдом частично или полностью.
Наполнение колбасных кишечных и искусственных оболочек фаршем
производят на пневматических, гидравлических или механических вакуумных шприцах
при остаточном давлении 8 кПа. Наполнение фаршем искусственных оболочек
диаметром 100…120 мм производят с использованием цевок диаметром 40…60 мм.
Вязку батонов производят вискозным шпагатом и льняными нитками. В последнее
время широко используются искусственные полимерные оболочки и их формовка производится
с помощью клипсаторов.
Батоны сырых колбас в натуральной оболочке, нашприцованные без
применения вакуума, подвергают кратковременной осадке (для подсушивания
оболочки и уплотнения фарша) в течение 2 ч при 0…4 °С.
В стационарных камерах батоны обжаривают при 90…100 °С в течение 60…140
мин. Обжаренные батоны варят паром в пароварочных камерах или в воде при
температуре 75…85 °С до достижения температуры в центре батона 70 °С. После
варки колбасы охлаждают под душем холодной водой в течение 10 мин, а затем в
камере при температуре не выше 8 °С и относительной влажности воздуха 95 % до
достижения температуры в центре батона не выше 15 °С.
Рис. 5 Линия
производства вареных колбас
После разделки и обвалки мясо направляют на жиловку: отделение
соединительной ткани, кровеносных и лимфатических сосудов, хрящей, мелких
косточек и загрязнений. Жилованное мясо на предприятиях малой мощности
измельчают в волчке 1 и с помощью напольных тележек 2 транспортируют к смесителю
3, в которых производят посол. Посоленное мясо выгружают из смесителя 3 в
напольную тележку и транспортируют в камеру созревания 4.
На предприятиях средней и большой мощности измельчение и посол мяса
осуществляют с помощью посолочного агрегата 5 или комплекса оборудования для
посола мяса 6. В первом агрегате измельченное мясо самотеком попадает в
смеситель, а во втором – фаршевым насосом перекачивается по трубопроводу от
волчка в весовой бункер смесителя. Посолочные вещества подают автоматические дозаторы
в количестве, пропорциональном массе измельченного мяса в деже смесителя. После
перемешивания и выгрузки сырье в тележках направляют в камеру созревания 4.
При использовании чашечного куттера 7 для тонкого измельчения и приготовления
фарша к шприцующей машине 8 фарш транспортируют в напольных тележках, которые с
помощью подъемника разгружаются в приемный бункер шприца. В этом случае
формование колбасных батонов производят вручную в отрезную оболочку с одним
заделанным концом с последующей ручной вязкой батонов шпагатом на конвейерном
столе 9 и разгрузкой их в колбасные рамы 10.
Для приготовления вареных колбас с более высокой степенью механизации
применяют комбинированные машины для приготовления фарша 12 и агрегат для
формования колбасных изделий 13. Смеситель-измельчитель 11 предназначен для
смешивания выдержанного в посоле измельченного мяса с рецептурными
ингредиентами и последующим его тонким измельчением. Формование вареных колбас
с изготовлением оболочки из рулонного материала осуществляют на колбасном
агрегате 13.
После вязки или наложения петли батоны навешивают на палки, которые
затем размещают на рамы 10 и направляют в термокамеру 14 для термической
обработки (осадки, обжарки, варки и охлаждения).
3. Принцип действия куттера типа Л5-ФКМ. Правила эксплуатации и требования
техники безопасности
куттер линия производства
На куттере допускается измельчение охлажденного до -1...5°С мяса в
кусках массой не более 0,5кг, а также замороженных блоков размером 190x190x75
мм (температура их не должна быть ниже -8°С).
Применяется на мясокомбинатах в колбасных цехах.
Изготавливается по категории размещения 4 по ГОСТ 15150-69 в
климатическом исполнении УХЛ.
Техническая характеристика куттера Л5-ФКМ
Производительность, кг/ч……………………………………1200
Вместимость чаши, м3
………………………………………..0,125
Коэффициент загрузки………………………………………..0,4...0,6
Число ножей……………………………………………………2
Длительность цикла, мин……………………………………...3...5
Скорость резания ножей, м/с………………………………….65
Установленная мощность, кВт………………………………...30,63
Масса, кг………………………………………………………...2200
Описание конструкции и принцип работы.
Куттер Л5-ФКМ состоит из станины с электродвигателями приводов
ножевого вала и чаши, червячного редуктора привода чаши, ножевого вала,
защитной крышки, выгружателя, механизма загрузки, дозатора воды и электрооборудования
с пультом управления.
Станина куттера состоит из двух отдельных частей.
В нижней части станины на качающихся плитах установлены
электродвигатели приводов ножевого вала и чаши, в верхней части на подшипниках
качения смонтирован ножевой вал, на консоли которого устанавливаются ножевые
головки.
Механизм выгрузки представляет собой конструкцию, состоящую из
редуктора, к которому с одной стороны фланцем присоединен электродвигатель, а с
другой - труба выгружателя с проходящим через нее валом привода тарелки.
Рабочим органом выгружателя является тарелка. В момент начала
выгрузки продукта тарелка начинает вращаться, а так как одновременно включается
электромагнитная муфта червячной пары, тарелка выгружателя медленно опускается
в чашу и производится выгрузка готового фарша. При достижении тарелкой дна чаши
(зазор между тарелкой выгружателя и дном чаши не более 1...2 мм) электромуфта
отключается и движение тарелки вниз прекращается. Тарелка продолжает вращаться
до полной выгрузки продукта, а затем включается реверс и тарелка выгружателя
поднимается вверх до первоначального положения.
Зона куттерных ножей закрыта защитной крышкой из нержавеющей
стали, заполненной внутри звукопоглощающим материалом, снизу к которой крепятся
специальный скребок, служащий для удаления с наружной поверхности тарелки
выгружателя фарша и направления его в лоток, установленный на ограждении чаши.
Механизм загрузки состоит из тележки, предназначенной для
транспортировки продукта к куттеру и механизма ее опрокидывания, смонтированного
в чугунной станине. Механизм опрокидывания представляет собой систему рычагов,
получающих вращение от электродвигателя, через ременную передачу и две
червячные пары.
Дозатор воды состоит из бака, в котором установлены датчики доз,
центробежного насоса с электродвигателем для подачи воды в чашу и соленоидного
клапана. Принцип работы дозатора воды основывается на объемном измерении. Бак
дозатора постоянно наполнен водой доверху. Для выдачи определенной дозы
включается насос подачи воды в чашу на определенное число литров. Когда уровень
воды понизится на заданную величину, насос автоматически отключается, а
соленоидный клапан открывается и вода из магистрали поступает в бак.
На куттере установлены пять асинхронных трехфазных
электродвигателей. Их защиту от токов короткого замыкания и от перегрузок
осуществляют три автоматических выключателя.
Правила эксплуатации и требования техники безопасности.
Зона вращения ножей куттера и передаточные механизмы должны быть
закрыты крышками, сблокированными с пусковым устройством. При открытой любой из
крышек куттера должна быть исключена возможность пуска куттера в работу. Для
удобной и безопасной выгрузки из чаши переработанного фарша куттер следует
обеспечивать тарельчатым выгружателем, сблокированным с пусковым устройством.
При подъёме тарелки выгружателя должно прекращаться вращение самой тарелки и
чаши куттера. Дежа куттера-мешалки должна иметь предохранительную планку,
сблокированную с приводом, обеспечивающую отключение машины при касании рамки
дежи.
В машине для измельчения блочного замороженного мяса зона работы шнеков
и зона вращения ножей должны быть закрыты крышкой, сблокированной с пусковым
устройством. При открытой крышке пуск машины должен быть исключён. Измельчитель
оснащается ограждением, не допускающим разлёта раздробленных частей в стороны.
Козырёк измельчителя, направляющий измельчённое мясо в приёмный бункер,
оснащают блокирующим устройством, отключающим измельчитель при переполнении
бункера. Загрузка замороженных блоков должна быть механизирована.
4. Расчетная часть
4.1 Определение технологических и энергетических характеристик
процесса куттерования
Результаты реологических исследований, описанные выше, позволяют
найти производительность куттера, исходя из рациональной продолжительности
куттерования и кинематических характеристик машин. Зная закономерности
повышения температуры фарша при его измельчении на куттере и полезную мощность,
расходуемую режущим механизмом, можно рассчитать энергетические характеристики
процесса куттерования. За счет энергии, приводящей в действие ножи и
расходуемой на преодоление сопротивления сил трения и перемешивания (95-97%),
значительно повышается температура фарша.
В начальный период измельчения, во время загрузки компонентов
фарша, в 2-3 раза по сравнению с первоначальной повышается температура
(мощность электродвигателя предельная). При установившемся режиме измельчения
повышение температуры Δt (°С) можно определить (с погрешностью до 15%) по количеству
подведенного тепла из уравнения теплового баланса:
,(1)
где Q - количество подведенного тепла, Дж; с - удельная теплоемкость
колбасного фарша, Дж/(кг°С) [с = 3750—4050 Дж /(кг°С)]; m -масса загружаемого мяса
и воды, кг; 106 - коэффициент, Дж; UH - влагосодержание фарша,
кг влаги / кг абсолютно сухого остатка; b - коэффициент, зависящий
от кинематических характеристик куттера, мощности, которую развивает режущий
механизм, и упругопрочностных свойств сырья, мин-1 (для куттера
малой модели b
= 0,217 мин-1 для куттера средней модели b = 0,347 мин-1).
В производственных условиях при куттеровании добавляют лед,
поэтому при расчете Δt необходимо ввести поправку на скрытую теплоту плавления
льда.
По количеству тепла можно определить мощность, развиваемую режущим
механизмом:
,(2)
где N - мощность, развиваемая режущим механизмом, Вт.
В этом случае поправку на скрытую теплоту плавления льда не
вводят. Изменения величины мощности, рассчитанной по уравнениям (1) и (2),
приведены на рис. 4.38.
Рис. 5 Изменение мощности, развиваемой режущим механизмом, в зависимости
от влагосодержания и продолжительности измельчения на куттере: а - малой
модели; б - средней модели
Таким образом, в результате проведенных исследований получены
данные для определения повышения температуры фарша при куттеровании, которые
позволяют предварительно рассчитывать температуру фарша при τкр
и, если она оказывается выше заданной, принять меры к ее понижению (добавление
льда вместо воды, переохлаждение мяса и т. д.).
Технологический расчет куттеров сводится главным образом к
определению их производительности и мощности привода. Производительность Vч (в кг/ч) куттеров
периодического действия рассчитывают по формуле:
где G - масса единовременной загрузки сырья, кг; τ - длительность
процесса, с; β - коэффициент заполнения чаши (β= 0,6); ρ - плотность
сырья кг/м3; V - вместимость чаши, л; τ3, τп,
τв - длительность загрузки, переработки и выгрузки, с.
Мощность двигателя определяется по формуле:
где q - удельный расход энергии, кВт ч/т (при куттеровании q = 8-11 кВт-ч/т, при
переработке кускового мяса в куттерах q = 11- 16 кВт-ч/т).
4.2
Кинематический расчет
Рассчитаем
передаточное отношение привода ножей
,(3.1)
где nдв – частота вращения
двигателя, об/мин;
nр.о. – частота вращения
рабочего органа, об/мин.
Эксперименты необходимо
проводить при различных частотах вращения чаши. Рассчитаем эти частоты.
Для изменения
скорости используем четырехступенчатые шкивы. Рассчитаем передаточные отношения
на каждой ступени
I ступень
,(3.2)
где D2 – диаметр ведомого
шкива, мм;
D1 – диаметр ведущего
шкива, мм.
II ступень
III ступень
Привод чаши
состоит из червячного редуктора с передаточным отношением U5=80 и ременной передачи с
передаточными отношениями U1, U2, U3, U5.
Рассчитаем
частоту вращения чаши на каждой ступени.
Общее
передаточное отношение
на I ступени
UI=U5·U1=80·0,703=56,24
на II ступени
на III ступени
UIII=U5·U3=80·1,421=113,68
на IV ступени
UIV=U5·U4=80·2,066=165,28
Тогда получим
частоту вращения чаши на I ступени
об/мин
об/мин
об/мин
об/мин
Рассчитаем
угловую скорость ножевого вала:
,(3.3)
где n – частота вращения
ножевого вала, об/мин.
с-1
Мощность на
ножевом валу:
NII=Nдв·ηр.п.·η2подш,
(3.4)
где Nдв – мощность
электродвигателя, кВт;
ηр.п.
– коэффициент полезного действия ременной передачи (0,96);
ηподш
– коэффициент полезного действия подшипника (0,99).
NII=7,5·0,96·0,992=7,056
кВт
Крутящий
момент на ножевом валу:
Н·м(3.5)
4.3 Расчет
ременной передачи
Для двигателя
мощностью N=7,5
кВт принимаем ремень сечением Б. Согласно рекомендациям принимаем D=280 мм.
Определим
скорость пробега ремня:
,(3.6)
где D – диаметр шкива, мм;
м/с
Передаточное
число U=1.
Диаметр
большего шкива:
, (4.7)
где ξ –
коэффициент упругого скольжения (ξ=0,01).
мм.
По ГОСТ
20895-75 принимаем D1=D2=280 мм.
Уточняем
передаточное число
Из ГОСТ
1284-68 для размера сечения Б в соответствии с рисунком 3.1 принимаем:
Рисунок 3.1 –
Сечение ремня
Проверяем
условие
(3.8)
Принимаем межосевое
расстояние а=560 мм.
Длина ремня:
(3.9)
мм
Принимаем l=2000 мм.
Натяжение
ремня осуществляется перемещением двигателя.
Угол обхвата
(3.10)
Коэффициент
угла обхвата:
Сα=1-0,003(180-α)(3.11)
Сα=1-0,003(180-180)=1
Коэффициент
скорости:
Сv=1,05-0,0005v2(3.12)
Сv=1,05-0,0005·21,982=0,808
Принимаем
полезное напряжение [σt]0=2,04 Н/мм2 при σ0=1,4 Н/мм2.
Полезное
допускаемое напряжение в заданных условиях:
[σt]=[σt]0·Сα·Сv··Ср·Со,(3.13)
где Сα,
Сv, Ср, Со – коэффициенты, учитывающие влияние
угла обхвата α, скорости v, режима работы Ср, Со,
угла наклона θ межосевой линии к горизонту, а также способа натяжения
ремня.
[σt]=2,04·1·0,808·0,8·0,8=1,055
Н/мм2
Нагрузка
ремня:
,(3.14)
где N – передаваемая мощность,
кВт;
Н
Число ремней:
,(3.15)
где А –
площадь поперечного сечения одного ремня, мм2.
Давление на
валы ременной передачи:
(3.16)
Н
Наибольшее напряжение в
ведущей ветви в месте набегания на малый шкив.
,(3.17)
где σF – напряжение изгиба
ремня на малом шкиве, Н/мм2;
σv – напряжение от
центробежной силы, Н/мм2;
σо – напряжение от
предварительного натяжения, Н/мм2;
σt – полезное напряжение,
Н/мм2.
(3.18)
Н/мм2
,(3.19)
где δ – толщина ремня, мм;
Dmin – диаметр меньшего
шкива, мм;
Е – модудь
продольной упругости, Н/мм2, для прорезиненных ремней 80-120.
Н/мм2
,(3.20)
где ρ – плотность ремня, кг/м3
для
прорезиненных и клиновых 1200-1500 кг/м3
σv=1200·21,982·10-6=0,58
Н/мм2
σmax=1,4+0,62+3+0,58=5,6 Н/мм2
Начальное
натяжение ремня:
,(3.21)
где f – коэффициент трения;
для прорезиненного ремня и чугунного шкива f=0,30;
α – угол
обхвата на малом шкиве, рад
Н
Натяжение ведущей и
ведомой ветвей без учета дополнительного натяжения от центробежных сил
(3.22)
(3.23)
Н
Н
4.4
Прочностной расчет вала
Определим диаметр вала
из условия прочности на кручение при пониженных допускаемых напряжениях.
,(3.24)
где Т –
крутящий момент, Н·мм;
[τ] – допускаемое условное
напряжение при кручении, Н/мм.
[τ]=15 Н/мм2.
мм
По ГОСТ
6636-69 принимаем d=25 мм.
Определим
силу на конце вала:
,(3.25)
где d – диаметр окружности
наиболее удаленной точки ножа, мм.
Н
Вертикальная
плоскость
ΣМа=Q·c+Rb(b+c) – F(a+b+c)=0
Н
ΣМb= - F·a-Q·b+Ra(b+c)=0
Н
ΣFy=0 – проверочное условие
ΣFy=F – Rb – Q+Ra=230,46 – 182,72 –
772,8+725,46=0
Условие
выполняется.
Строим эпюры
изгибающих моментов в вертикальной плоскости
МизгI=F·489,5·10-3=230,46·0,4895=112,81
Н·м
МизгII=Q·c – F·a+Rb(b+c)=772,8·0,160 –
230,46·0,716+182,72·0,227=0
МизгIII=Ra·c=725,46·0,16=116,07 Н·м
Строим
суммарную эпюру моментов.
(3.26)
Н·м
Н·м
Н·м
Наиболее
опасным является сечение, где действует максимальный эквивалентный момент (Мэкв=124,47
Н·м). В данном случае (место посадки шкива) вал ослаблен шпоночным пазом,
который в то же время является концентратором напряжений.
Определим
коэффициент безопасности в этом сечении.
Материал вала
– сталь 45.
Предел
прочности σв=700МПа.
Предел
выносливости σ-1=270МПа.
Предел
выносливости при кручении τ-1=160МПа.
,(3.27)
где Sσ – коэффициент
безопасности по изгибу;
,(3.28)
где σa – переменная
составляющая циклов изменения напряжений;
σm – постоянная
составляющая циклов изменения напряжений;
σ-1
– предел выносливости при изгибе (σ-1=270Мпа);
kσ – эффективный коэффициент
концентрации напряжений при изгибе, (kσ=1,1);
ξσ
– масштабный фактор, учитывающий влияние размеров сечения вала (ξσ=0,84);
β –
коэффициент упрочнения, вводимый для валов с поверхностным упрочнением (β=0,44);
Ψσ
– коэффициент, характеризующий чувствительность материала к асимметрии цикла
изменения напряжений (Ψσ=0,075).
По этим
зависимостям определяются постоянные составляющие циклов изменения напряжений σm и σm (средние напряжения
цикла) и переменные составляющие σа и τа (амплитуды цикла) при симметричном цикле
изменения напряжений изгиба и пульсирующем (отнулевом) цикле изменения
напряжений кручения.
,(3.30)
где τа
– переменная составляющая циклов изменения напряжений;
τm – постоянная
составляющая циклов изменения напряжений;
τ-1
– предел выносливости при кручении при симметричном знакопеременном цикле (τ-1=160Мпа);
kτ – эффективный
коэффициент концентрации напряжений при кручении (kτ=1,1);
β –
коэффициент упрочнения, вводимый для валов с поверхностным упрочнением (β=0,94);
Ψτ
– коэффициент, характеризующий чувствительность материала к асимметрии цикла
изменения напряжений (Ψτ=0,045).
,(3.31)
где М –
суммарный изгибающий момент в рассматриваемом сечении (Н·мм);
W – момент сопротивления в
рассматриваемом сечении (мм3).
Для сечения
вала с одной шпонкой:
(3.32)
мм2
Мпа
,(3.33)
где Wρ – полярный момент
сопротивления, мм3.
Для сечения
вала с одной шпонкой:
(3.34)
мм3
МПа
Что
соответствует условию S≥[Sдоп]. Таким образом безопасность обеспечена.
Рисунок 3.2 -
Схема нагружения вала
4.5 Подбор
подшипников
Вал воспринимает
радиальные нагрузки. Принимаем сферический двухрядный радиальный
шарикоподшипник тип 1609 ГОСТ 5720-75
d=45мм
D=100мм
В=36мм
Для
выбранного подшипника выписываем характеристики:
С –
динамическая грузоподъемность, кН, (С=41,5кН);
С0
– статическая грузоподъемность, кН, (С0=19,43кН);
Х –
коэффициент радиальной нагрузки (Х=1);
V – коэффициент вращения (V=1, так как вращается
внутреннее кольцо подшипника).
Эквивалентная
нагрузка:
P=X·V·Fr·kσ·kτ,(3.35)
где Fr – радиальная нагрузка,
Н;
kσ – коэффициент
безопасности (kσ=1,1);
kτ – температурный
коэффициент, учитывающий рабочую температуру нагрева подшипника, если она
превышает 373,15К (kτ=1).
Р=1·1·725,46·1,1=798Н
Долговечность
подшипника:
,(3.36)
где n – частота вращения,
об/мин;
Lh – долговечность
подшипника, (Lh=8·103ч).
млн.об
Далее
определяем расчетную динамическую грузоподъемность (Ср) и проверяем
условие:
Ср≤С
(3.37)
где m=3 для шариковых
подшипников.
кН
Таким образом
получили Ср<С.
Принимаем
подшипник 1609 ГОСТ 5720-75.
4.6 Расчет
шпонки
Для вала с
диаметром d=45мм
под шкив принимаем призматическую шпонку .
Так как
высота и ширина призматических шпонок выбирается из стандартных размеров,
расчет сводится к проверке шпонки по допускаемым напряжениям при принятой длине
или высоте на основании. На основании допускаемых напряжений находится ее
длина.
Шпонка
проверяется из условия прочности на смятие и на срез.
где d – диаметр вала, мм;
lp – рабочая длина шпонки,
мм;
Т – крутящий
момент, Н·мм;
k – рабочая высота
(глубина врезания в ступицу шпонки).
k=0,4h=0,4·9=3,6мм.
Материал
шпонки – Сталь 45 ГОСТ 1050-88:
[σсм]=150Н/мм2
[τср]=90Н/мм2.
Т≤0,5·45·70·3,6·150=85050
Н·мм
44940<85050.
Таким
образом, условие прочности на смятие выполняется.
Условие
прочности шпонки на срез:
T≤0,5d·b·lp[τср](3.39)
Т≤0,5·45·14·70·90=198450
Н·мм
44940<198450
Таким
образом, условие прочности на срез также выполняется.
Список
использованных источников
1.
Попков А.А.
Аграрная экономика Беларуси. – Мн: «Беларусь», 2006.
2.
Машины и
аппараты пищевых производств. В 2 кн. Кн. 1:Учеб. Для вузов/С.Т.Антипов и др.;
под ред. В.А. Панфилова. – М.: Высш. Шк., 2001. – 703с
3.
Пелеев А.И.
Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности. - М.:
Пищепромиздат, 1963.
4.
Технологическое
оборудование мясокомбинатов. Под ред. к.т.н. Бредихина С.А. - М.: Колос, 1997.
5.
Д.М. Гальперин.
Монтаж и наладка технологического оборудования предприятия пищевой
промышленности. – М.: Агропромиздат, 1988.
Размещено на