Реферат
Пояснительной записки ккурсовому проекту по предмету «Машины и аппараты» студентки 4-огокурса 13т группы агромеханического факультета Севастюк Татьяны Валерьевны.Пояснительная записка состоит из ____ страниц, в том числе 5 рисунков, 2чертежей формата А1 и 1 чертежа формата А2.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: КУТТЕР,ЛИНИЯ ПРОИЗВОДСТВА, ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ, НОЖ, КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ.
Представлены:
— описание техническогозадания на проектирование;
— описание линиипроизводства вареных колбас;
— кинематический и энергетическийрасчет куттера;
— расчет вала;
— выбор подшипников.
Введение
Предприятия мясной промышленности нашей страны оснащены большимколичеством (более 400 наименований) технологического оборудования.Рациональная эксплуатация оборудования требует глубокого знания егоособенностей и конструктивных признаков. При использовании современноготехнологического оборудования важно сохранить в вырабатываемых мясных продуктахв максимальной степени все компоненты.
Операции,связанные с измельчением, в мясной промышленности составляют 70 %. Они широкоприменяются при производстве колбасных, кулинарных, консервированныхмясопродуктов, а также пищевых производственных жиров, кормов, техническихпродуктов, клея, желатина и др.
Сырьё ивспомогательные материалы можно измельчать раздавливанием, раскалыванием,ударом, разрывом, разламыванием, истиранием, резанием. Выбор механическоговоздействия зависит от физико-механических свойств (прочности, упругости,пластичности, вязкости, липкости и т.д.) и размеров измельчаемого продукта. Втехнологическом оборудовании измельчение достигается сочетанием несколькихвидов 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.).
Технологическоеоборудование можно разделить на 2 основные группы:
— оборудование для измельчения твёрдого сырья (мясокостного, костного, блочногомороженого мяса, специй) – силовые измельчители, дробилки, волчки-дробилки,агрегаты и измельчители для измельчения блочного мороженого мяса, измельчителикости и специй;
— оборудование для измельчения мягкого сырья (мышечной, жировой и соединительнойтканей) – волчки, шпигорезки, куттеры, коллоидные мельницы и измельчители мяса.
Оно бываетпериодического и непрерывного действия, работающим при атмосферном давлении ипод вакуумом. Оборудование каждой группы можно подразделить, в свою очередь, наоборудование для крупного, среднего, мелкого и тонкого измельчения.
Исполнительныйорган оборудования для измельчения – режущий механизм, который выполнен либоодиночной, либо парной деталью. В качестве одиночного режущего механизмаиспользуют ножи различной конструкции, полотна или ножи в комбинации сдополнительной режущей деталью, выполненной в виде решётки (плоской, коническойили цилиндрической), диска с зубьями или пальцами, а также ножей, расположенныхпо конусу, цилиндру или плоскости. Парные детали бывают неподвижными иливстречновращающимися, плотно прижатыми к режущим ножам или смонтированными наопределённом расстоянии друг от друга. Одиночные режущие механизмы используют восновном в оборудовании для измельчения твёрдого сырья, а механизмы с режущейпарой применяют для измельчения мягкого сырья.
1. Состояниевопроса и обзор научно-технической литературы
Для тонкого измельчения мяса и приготовления фарша для вареныхколбас, сосисок и сарделек применяют куттеры. Их делят на настольные (с чашейвместимостью до 30 л) и напольные, открытые и герметичные, с одним общимэлектродвигателем или раздельным приводом ножевого вала и чаши, реверсивные и свращением ножевого вала только в одну сторону, с одной, двумя, тремя скоростяминожевого вала либо с бесступенчатым регулированием скорости, с горизонтальным ивертикальным расположением ножевого вала, с ручной или механической выгрузкойготового продукта, с ручным или программным управлением.
Такое многообразие куттеров позволяет не только расширить ихфункциональные возможности, но и значительно улучшить качество получаемогофарша. Например, куттеры с реверсом и изменением скорости вращения ножевоговала можно использовать для перемешивания фарша с получением однородной массы.В этом случае скорость ножей должна быть минимальной, а перемешивание ведетсяих тыльной незаточенной стороной. Качество фарша существенно зависит отскорости вращения ножевого вала: чем она больше, тем шире область применениякуттеров, что особенно важно для предприятий и цехов малой и средней мощности.
Применение вакуума в герметичных куттерах позволяет сохранить цветсырья, улучшить связывание протеина и влаги и, в конечном итоге, увеличитьвыход и качество продукции. Снижение содержания кислорода в сырье увеличиваетсрок его хранения при переработке.
Принцип работы куттера целесообразно рассмотреть на примере его упрощеннойсхемы (рис. 1). Куттер открытого типа состоит из чаши с крышкой, ножевого валас серповидными ножами и привода. С помощью клиноременной передачи ножевой валвращается с частотой 1500...5000 мин-1, а червячная передачаобеспечивает 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 однойстороны, и стальной гребенки, которая очищает лезвия ножей от мяса. Взависимости от марки куттера и требований, предъявляемых к обрабатываемомусырью, на ножевой головке закрепляют 2, 3, 4, 6 или 9 ножей. Большое значениедля качества фарша и его нагрева в процессе куттерования имеет зазор между ножамии чашей: он должен быть минимальным.
Загруженное в куттер сырье быстро измельчается ножевой головкойпри постоянной подаче его в зону резания за счет вращающейся чаши. Степеньизмельчения зависит от длительности куттерования, скорости резания, числа ножейи их заточки. В процессе измельчения в куттер добавляют воду или специальныйчешуйчатый лед. Этим достигается соблюдение рецептуры фарша, а также снижениеего температуры, которая при куттеровании повышается на 1...4 °С.
По окончании куттерования фарш выгружается из чаши специальныммеханизмом. Простейший из них — плоская перемычка, опускаемая в чашу. Привращении чаши фарш, упираясь в перемычку, перетекает через край чаши и по лоткупопадает в подставленную емкость. Такой механизм выгрузки применим в куттерах снебольшой вместимостью чаши. В куттерах с вместимостью чаши более 100л рабочиморганом выгрузного устройства является тарелка, приводимая во вращение отэлектродвигателя через зубчатую передачу. При вращении тарелка выбрасывает фаршиз чаши в желоб.
К конструктивным особенностям вакуумных куттеров относится наличиегерметичной чаши и вакуум-насоса. Масса обрабатываемого сырья на вакуумныхкуттерах значительно больше, чем на обычных, так как герметически закрывающаясякрышка позволяет осуществлять их более полную загрузку.
До поступления в куттер сырьё предварительно измельчают на волчке, ноотдельные конструкции куттеров имеют приспособления для измельчения кусковогосырья. Куттеры бывают периодического и непрерывного действия. Мясное сырьё в куттерахизмельчается при помощи быстровращающихся серповидных ножей, установленных навалу. Ножи попеременно погружаются во вращающуюся с частотой до 0,3 с чашу.Измельчение ведётся в открытых чашах или под вакуумом. Кроме того, в куттерахсовмещают процессы измельчения и перемешивания. На рис.1, а показана схемакуттера периодического действия. Он состоит из открытой чаши, режущегомеханизма, включающего приводной вал и серповидные ножи, из гребёнки и крышки,закрывающей рабочую зону куттера. К крышке прикреплены скребки, располагающиесяпо внешней и внутренней частям продукта, находящегося в чаше. Они направляютпродукт под режущий механизм при вращении чаши, который представляет собойкомплект серповидных ножей, закреплённых в ножевой головке. Число ножей вкомплекте для куттеров периодического действия составляет не менее двух, ивращаются они с частотой до 100 с и более. Нож куттера может иметь режущуюкромку в виде прямой линии с заточкой в виде клина или малоизогнутой линии исложной геометрической формы (ломаная линия). Выбор ножа с первой или второйформой заточки режущей кромки определяется требованиями качества измельченияпродукта и энергетическими затратами. При существующих формах заточки ножейпредпочтение отдаётся ассиметричному клину с углом при вершине от 15 до 30градусов.
/>
Рис. 2 Куттер периодического действия: а — схема работы: 1 — крышка; 2 — вал; 3 — гребенка; 4 — нож; 5 — чаша; 6 — скребок; б — ножеваяголовка 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 случаекрепление ножей с вилкообразной посадочной частью применяют для куттеров малойпроизводительности. Ножи укрепляют на валу гайкой, и они удерживаются силойтрения. Второй способ применяется для высокоскоростных куттеров. Ножиизготавливают с отверстиями в посадочной части.
Конструкциюножей и ножевой головки (рис.2, б) выбирают такой, чтобы обеспечить их лёгкуюбалансировку и поддерживать максимальный зазор между внутренней поверхностьючаши и режущей кромкой ножа.
Вакуумныйкуттер ВК-125 представляет собой (рис.3) машину средней производительности,имеющую раздельные приводы чаши и ножевого вала. Чаша вращается отэлектропривода переменного тока с двумя фиксированными скоростями. Для ножевоговала используют электропривод постоянного тока, позволяющий: уменьшитьэлектропотребление за счёт исключения пусковых перегрузок; в широком диапазонебесступенчато регулировать режим измельчения в зависимости в зависимости оттехнологических особенностей, качества и состояния измельчаемого сырья;равномерно в зависимости от рецептуры смешивать различные компоненты и специибез изменения структуры и консистенции фарша при вращении ножей в режиме перемешиванияв обратную сторону (т.е. оно ведётся на малой скорости тыльной стороной ножей).С помощью устройства перемещения чаши относительно ножевого вала сокращаетсявремя на смену ножей.
Предусмотрена возможность регулирования зазора между ножами и чашей,что позволяет продлить срок службы ножей при их многократной переточке. Ноживыполнены по специальной технологии и по стойкости не уступают зарубежныманалогам.
/>
Рис. 3. Вакуумный куттер ВК-125: 1 — станина; 2—чаша; 3— устройствовыгрузки продукта; 4 — разгрузочный диск; 5 — устройство для подъема крышки; 6— крышка; 7 — пульт управления
Система управления куттера обеспечивает ручной и полуавтоматическийрежимы. Доза воды подаётся автоматически во время куттерования без сбросавакуума. Информационно — вычислительная система с цифровой индикациейконтролирует основные параметры на любой стадии приготовления фарша. Системаобеспечения безопасности исключает выполнение команды, которые могут привести кполомке изделия и травме оператора. Основные детали куттера и облицовкуизготавливают из нержавеющей стали, что обусловливает их долговечность,соответствие требования гигиены и технической эстетики.
Вакуумный измельчитель ВИНД (рис.4) может быть отнесён к группекуттеров непрерывного действия. Сырьё при помощи шнекового насоса подаётся избункера 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 ножевойголовкой с закреплёнными на ней дисковыми ножами. Дисковые ножи, установленныес малым зазором от стенок чаши, режут и эмульгируют фарш; погружение ножей вфарш минимальное. Положение ножей относительно стенок чаши регулируется припомощи эксцентрикового винта. В верхней части чаши с помощью скребка и шнекаосуществляется непрерывное удаление фарша. Вакуум в чаше регулируется от 80 до20 кПа.
/>
Рис. 4. Вакуумный измельчитель ВИНД: 1 — бункер; 2 — шнековыйнасос; 3 — ножевая головка; 4— шнек выгрузки; 5— патрубок вакуум -насоса; 6 — чаша
Степень измельчения фарша при равном количестве его подачиувеличивается с увеличением количества ножей и частоты вращения ножевойголовки, что позволяет получать различную степень измельчения. Получаемаяэмульсия 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 групповогоассортимента на куски массой до 1 кг. Мясо в кусках или в измельченном видевзвешивают и подвергают посолу мокрым или сухим способом с использованиемпосолочных ингредиентов. Затем сырье повторно измельчают в два этапа: грубо (наволчке) и тонко (на куттере).
Сырье, пряности, воду (лед) и другие материалы взвешивают всоответствии с рецептурой с учетом добавленных при посоле соли или рассола иготовят фарш на куттере, куттере-мешалке, мешалке-измельчителе или другихмашинах.
Вначале загружают нежирное мясное сырье (измельченное на волчке сдиаметром 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 белковыепрепараты в виде геля. После 3…5 мин перемешивания вводят полужирную говядину,пряности, препарат гемоглобина или кровь, сливочное масло (для колбасыдиетической), аскорбинат или изоаскорбинат натрия, либо аскорбиновую кислоту иобрабатывают фарш еще 3…5 мин, за 2…5 мин до конца обработки добавляют крахмалили муку.
При приготовлении фарша колбасных изделий с использованием белковыхпрепаратов (изолированных и концентрированных соевых белков, казеинатов и т.д.)в конце перемешивания в куттер добавляют соль из расчета 2,5кг на 100кггидратированных белковых препаратов. Общая продолжительность обработки фарша накуттере или куттере-мешалке 8…12 мин, температура готового фарша в зависимостиот температуры исходного сырья, количества добавленного льда и типаизмельчителя составляет 12…18 °С.
Для приготовления фарша в высокоскоростных вакуумных куттерах илиизмельчителях (скорость резания более 120 м/с) используют несоленое жилованноемясо в кусках. Для этого загружают говядину, добавляют лед, раствор нитрата натрия,соль и другие ингредиенты, закрывают крышку куттера, создают остаточноедавление 15 кПа и куттеруют сырье 5…8 мин. Затем снимают вакуум и продолжаюткуттерование в течение 3…4 мин до полной готовности фарша. Общая длительностькуттерования 8…12 мин. Температура готового фарша 11…12 °С.
Количество воды, добавляемой при приготовлении фарша, зависит отсостава сырья и составляет 15…30 % от массы куттеруемого сырья. Для снижениятемпературы фарша рекомендуется воду заменять льдом частично или полностью.
Наполнение колбасных кишечных и искусственных оболочек фаршемпроизводят на пневматических, гидравлических или механических вакуумных шприцахпри остаточном давлении 8 кПа. Наполнение фаршем искусственных оболочекдиаметром 100…120 мм производят с использованием цевок диаметром 40…60 мм.Вязку батонов производят вискозным шпагатом и льняными нитками. В последнеевремя широко используются искусственные полимерные оболочки и их формовка производитсяс помощью клипсаторов.
Батоны сырых колбас в натуральной оболочке, нашприцованные безприменения вакуума, подвергают кратковременной осадке (для подсушиванияоболочки и уплотнения фарша) в течение 2 ч при 0…4 °С.
В стационарных камерах батоны обжаривают при 90…100 °С в течение 60…140мин. Обжаренные батоны варят паром в пароварочных камерах или в воде притемпературе 75…85 °С до достижения температуры в центре батона 70 °С. Послеварки колбасы охлаждают под душем холодной водой в течение 10 мин, а затем вкамере при температуре не выше 8 °С и относительной влажности воздуха 95 % додостижения температуры в центре батона не выше 15 °С.
/>
Рис. 5 Линияпроизводства вареных колбас
После разделки и обвалки мясо направляют на жиловку: отделениесоединительной ткани, кровеносных и лимфатических сосудов, хрящей, мелкихкосточек и загрязнений. Жилованное мясо на предприятиях малой мощностиизмельчают в волчке 1 и с помощью напольных тележек 2 транспортируют к смесителю3, в которых производят посол. Посоленное мясо выгружают из смесителя 3 внапольную тележку и транспортируют в камеру созревания 4.
На предприятиях средней и большой мощности измельчение и посол мясаосуществляют с помощью посолочного агрегата 5 или комплекса оборудования дляпосола мяса 6. В первом агрегате измельченное мясо самотеком попадает всмеситель, а во втором – фаршевым насосом перекачивается по трубопроводу отволчка в весовой бункер смесителя. Посолочные вещества подают автоматические дозаторыв количестве, пропорциональном массе измельченного мяса в деже смесителя. Послеперемешивания и выгрузки сырье в тележках направляют в камеру созревания 4.
При использовании чашечного куттера 7 для тонкого измельчения и приготовленияфарша к шприцующей машине 8 фарш транспортируют в напольных тележках, которые спомощью подъемника разгружаются в приемный бункер шприца. В этом случаеформование колбасных батонов производят вручную в отрезную оболочку с однимзаделанным концом с последующей ручной вязкой батонов шпагатом на конвейерномстоле 9 и разгрузкой их в колбасные рамы 10.
Для приготовления вареных колбас с более высокой степенью механизацииприменяют комбинированные машины для приготовления фарша 12 и агрегат дляформования колбасных изделий 13. Смеситель-измельчитель 11 предназначен длясмешивания выдержанного в посоле измельченного мяса с рецептурнымиингредиентами и последующим его тонким измельчением. Формование вареных колбасс изготовлением оболочки из рулонного материала осуществляют на колбасномагрегате 13.
После вязки или наложения петли батоны навешивают на палки, которыезатем размещают на рамы 10 и направляют в термокамеру 14 для термическойобработки (осадки, обжарки, варки и охлаждения).
3. Принцип действия куттера типа Л5-ФКМ. Правила эксплуатации и требованиятехники безопасности
куттер линия производства
Куттер Л5-ФКМ (рис. l) является ротационной мясорезательной машиной с механическойвыгрузкой фарша, предназначен для окончательного тонкого измельчения мяса,поступающего для приготовления фарша при производстве вареных и ливерныхколбас, сосисок и сарделек.
На куттере допускается измельчение охлажденного до -1...5°С мяса вкусках массой не более 0,5кг, а также замороженных блоков размером 190x190x75мм (температура их не должна быть ниже -8°С).
Применяется на мясокомбинатах в колбасных цехах.
Изготавливается по категории размещения 4 по ГОСТ 15150-69 вклиматическом 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 приводовножевого вала и чаши, червячного редуктора привода чаши, ножевого вала,защитной крышки, выгружателя, механизма загрузки, дозатора воды и электрооборудованияс пультом управления.
Станина куттера состоит из двух отдельных частей.
В нижней части станины на качающихся плитах установленыэлектродвигатели приводов ножевого вала и чаши, в верхней части на подшипникахкачения смонтирован ножевой вал, на консоли которого устанавливаются ножевыеголовки.
Механизм выгрузки представляет собой конструкцию, состоящую изредуктора, к которому с одной стороны фланцем присоединен электродвигатель, а сдругой — труба выгружателя с проходящим через нее валом привода тарелки.
Рабочим органом выгружателя является тарелка. В момент началавыгрузки продукта тарелка начинает вращаться, а так как одновременно включаетсяэлектромагнитная муфта червячной пары, тарелка выгружателя медленно опускаетсяв чашу и производится выгрузка готового фарша. При достижении тарелкой дна чаши(зазор между тарелкой выгружателя и дном чаши не более 1...2 мм) электромуфтаотключается и движение тарелки вниз прекращается. Тарелка продолжает вращатьсядо полной выгрузки продукта, а затем включается реверс и тарелка выгружателяподнимается вверх до первоначального положения.
Зона куттерных ножей закрыта защитной крышкой из нержавеющейстали, заполненной внутри звукопоглощающим материалом, снизу к которой крепятсяспециальный скребок, служащий для удаления с наружной поверхности тарелкивыгружателя фарша и направления его в лоток, установленный на ограждении чаши.
Механизм загрузки состоит из тележки, предназначенной длятранспортировки продукта к куттеру и механизма ее опрокидывания, смонтированногов чугунной станине. Механизм опрокидывания представляет собой систему рычагов,получающих вращение от электродвигателя, через ременную передачу и двечервячные пары.
Дозатор воды состоит из бака, в котором установлены датчики доз,центробежного насоса с электродвигателем для подачи воды в чашу и соленоидногоклапана. Принцип работы дозатора воды основывается на объемном измерении. Бакдозатора постоянно наполнен водой доверху. Для выдачи определенной дозывключается насос подачи воды в чашу на определенное число литров. Когда уровеньводы понизится на заданную величину, насос автоматически отключается, асоленоидный клапан открывается и вода из магистрали поступает в бак.
На куттере установлены пять асинхронных трехфазныхэлектродвигателей. Их защиту от токов короткого замыкания и от перегрузокосуществляют три автоматических выключателя.
Правила эксплуатации и требования техники безопасности.
Зона вращения ножей куттера и передаточные механизмы должны бытьзакрыты крышками, сблокированными с пусковым устройством. При открытой любой изкрышек куттера должна быть исключена возможность пуска куттера в работу. Дляудобной и безопасной выгрузки из чаши переработанного фарша куттер следуетобеспечивать тарельчатым выгружателем, сблокированным с пусковым устройством.При подъёме тарелки выгружателя должно прекращаться вращение самой тарелки ичаши куттера. Дежа куттера-мешалки должна иметь предохранительную планку,сблокированную с приводом, обеспечивающую отключение машины при касании рамкидежи.
В машине для измельчения блочного замороженного мяса зона работы шнекови зона вращения ножей должны быть закрыты крышкой, сблокированной с пусковымустройством. При открытой крышке пуск машины должен быть исключён. Измельчительоснащается ограждением, не допускающим разлёта раздробленных частей в стороны.Козырёк измельчителя, направляющий измельчённое мясо в приёмный бункер,оснащают блокирующим устройством, отключающим измельчитель при переполнениибункера. Загрузка замороженных блоков должна быть механизирована.
4. Расчетная часть
4.1 Определение технологических и энергетических характеристикпроцесса куттерования
Результаты реологических исследований, описанные выше, позволяютнайти производительность куттера, исходя из рациональной продолжительностикуттерования и кинематических характеристик машин. Зная закономерностиповышения температуры фарша при его измельчении на куттере и полезную мощность,расходуемую режущим механизмом, можно рассчитать энергетические характеристикипроцесса куттерования. За счет энергии, приводящей в действие ножи ирасходуемой на преодоление сопротивления сил трения и перемешивания (95-97%),значительно повышается температура фарша.
В начальный период измельчения, во время загрузки компонентовфарша, в 2-3 раза по сравнению с первоначальной повышается температура(мощность электродвигателя предельная). При установившемся режиме измельченияповышение температуры Δt (°С) можно определить (с погрешностью до 15%) по количествуподведенного тепла из уравнения теплового баланса:
/>,(1)
где Q — количество подведенного тепла, Дж; с — удельная теплоемкостьколбасного фарша, Дж/(кг°С) [с = 3750—4050 Дж /(кг°С)]; m -масса загружаемого мясаи воды, кг; 106 — коэффициент, Дж; UH — влагосодержание фарша,кг влаги / кг абсолютно сухого остатка; b — коэффициент, зависящийот кинематических характеристик куттера, мощности, которую развивает режущиймеханизм, и упругопрочностных свойств сырья, мин-1 (для куттерамалой 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 плавленияльда.
По количеству тепла можно определить мощность, развиваемую режущиммеханизмом:
/>,(2)
где N — мощность, развиваемая режущим механизмом, Вт.
В этом случае поправку на скрытую теплоту плавления льда невводят. Изменения величины мощности, рассчитанной по уравнениям (1) и (2),приведены на рис. 4.38.
/>
Рис. 5 Изменение мощности, развиваемой режущим механизмом, в зависимостиот влагосодержания и продолжительности измельчения на куттере: а — малоймодели; б — средней модели
Таким образом, в результате проведенных исследований полученыданные для определения повышения температуры фарша при куттеровании, которыепозволяют предварительно рассчитывать температуру фарша при τкри, если она оказывается выше заданной, принять меры к ее понижению (добавлениельда вместо воды, переохлаждение мяса и т. д.).
Технологический расчет куттеров сводится главным образом копределению их производительности и мощности привода. Производительность Vч (в кг/ч) куттеровпериодического действия рассчитывают по формуле:
/>
где G — масса единовременной загрузки сырья, кг; τ — длительностьпроцесса, с; β — коэффициент заполнения чаши (β= 0,6); ρ — плотностьсырья 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, припереработке кускового мяса в куттерах q = 11- 16 кВт-ч/т).
4.2Кинематический расчет
Рассчитаемпередаточное отношение привода ножей
/>,(3.1)
где nдв – частота вращениядвигателя, об/мин;
nр.о. – частота вращениярабочего органа, об/мин.
/>
Эксперименты необходимопроводить при различных частотах вращения чаши. Рассчитаем эти частоты.
Для измененияскорости используем четырехступенчатые шкивы. Рассчитаем передаточные отношенияна каждой ступени
I ступень
/>,(3.2)
где D2 – диаметр ведомогошкива, мм;
D1 – диаметр ведущегошкива, мм.
/>
II ступень
/>
III ступень
/>
/>
Привод чашисостоит из червячного редуктора с передаточным отношением U5=80 и ременной передачи спередаточными отношениями U1, U2, U3, U5.
Рассчитаемчастоту вращения чаши на каждой ступени.
Общеепередаточное отношение
на I ступени
UI=U5·U1=80·0,703=56,24
на II ступени
UII=U5·U2=80·1=80
на III ступени
UIII=U5·U3=80·1,421=113,68
на IV ступени
UIV=U5·U4=80·2,066=165,28
Тогда получимчастоту вращения чаши на I ступени
/> об/мин
/> об/мин
/> об/мин
/> об/мин
Рассчитаемугловую скорость ножевого вала:
/>,(3.3)
где n – частота вращенияножевого вала, об/мин.
/> с-1
Мощность наножевом валу:
NII=Nдв·ηр.п.·η2подш,(3.4)
где Nдв – мощностьэлектродвигателя, кВт;
ηр.п.– коэффициент полезного действия ременной передачи (0,96);
ηподш– коэффициент полезного действия подшипника (0,99).
NII=7,5·0,96·0,992=7,056кВт
Крутящиймомент на ножевом валу:
/> Н·м(3.5)
4.3 Расчетременной передачи
Для двигателямощностью N=7,5кВт принимаем ремень сечением Б. Согласно рекомендациям принимаем D=280 мм.
Определимскорость пробега ремня:
/>,(3.6)
где D – диаметр шкива, мм;
/> м/с
Передаточноечисло U=1.
Диаметрбольшего шкива:
/>, (4.7)
где ξ –коэффициент упругого скольжения (ξ=0,01).
/> мм.
По ГОСТ20895-75 принимаем D1=D2=280 мм.
Уточняемпередаточное число
/>
Из ГОСТ1284-68 для размера сечения Б в соответствии с рисунком 3.1 принимаем:
/>
Рисунок 3.1 –Сечение ремня
Проверяемусловие
/>
/>(3.8)
/>
Принимаем межосевоерасстояние а=560 мм.
Длина ремня:
/>(3.9)
/> мм
Принимаем l=2000 мм.
Натяжениеремня осуществляется перемещением двигателя.
Угол обхвата
/>(3.10)
/>
Коэффициентугла обхвата:
Сα=1-0,003(180-α)(3.11)
Сα=1-0,003(180-180)=1
Коэффициентскорости:
Сv=1,05-0,0005v2(3.12)
Сv=1,05-0,0005·21,982=0,808
Принимаемполезное напряжение [σt]0=2,04 Н/мм2 при σ0=1,4 Н/мм2.
Полезноедопускаемое напряжение в заданных условиях:
[σt]=[σt]0·Сα·Сv··Ср·Со,(3.13)
где Сα,Сv, Ср, Со – коэффициенты, учитывающие влияниеугла обхвата α, скорости v, режима работы Ср, Со,угла наклона θ межосевой линии к горизонту, а также способа натяженияремня.
[σt]=2,04·1·0,808·0,8·0,8=1,055Н/мм2
Нагрузкаремня:
/>,(3.14)
где N – передаваемая мощность,кВт;
/> Н
Число ремней:
/>,(3.15)
где А –площадь поперечного сечения одного ремня, мм2.
/>
Принимаем 2 ремня Б –2000Т ГОСТ 1284-68.
Давление навалы ременной передачи:
/>/>(3.16)
/>/> Н
Наибольшее напряжение введущей ветви в месте набегания на малый шкив.
/>,(3.17)
где σF – напряжение изгибаремня на малом шкиве, Н/мм2;
σv – напряжение отцентробежной силы, Н/мм2;
σо – напряжение отпредварительного натяжения, Н/мм2;
σt – полезное напряжение,Н/мм2.
/>(3.18)
/> Н/мм2
/>,(3.19)
где δ – толщина ремня, мм;
Dmin – диаметр меньшегошкива, мм;
Е – модудьпродольной упругости, Н/мм2, для прорезиненных ремней 80-120.
/> Н/мм2
/>,(3.20)
где ρ – плотность ремня, кг/м3
дляпрорезиненных и клиновых 1200-1500 кг/м3
σv=1200·21,982·10-6=0,58Н/мм2
σmax=1,4+0,62+3+0,58=5,6 Н/мм2
Начальноенатяжение ремня:
/>,(3.21)
где f – коэффициент трения;для прорезиненного ремня и чугунного шкива f=0,30;
α – уголобхвата на малом шкиве, рад
/> Н
Натяжение ведущей иведомой ветвей без учета дополнительного натяжения от центробежных сил
/>(3.22)
/>(3.23)
/> Н
/> Н
4.4Прочностной расчет вала
Определим диаметр валаиз условия прочности на кручение при пониженных допускаемых напряжениях.
/>,(3.24)
где Т –крутящий момент, Н·мм;
[τ] – допускаемое условноенапряжение при кручении, Н/мм.
[τ]=15 Н/мм2.
/> мм
По ГОСТ6636-69 принимаем d=25 мм.
Определимсилу на конце вала:
/>,(3.25)
где d – диаметр окружностинаиболее удаленной точки ножа, мм.
/>Н
Вертикальнаяплоскость
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
Условиевыполняется.
Строим эпюрыизгибающих моментов в вертикальной плоскости
МизгI=F·489,5·10-3=230,46·0,4895=112,81Н·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
Строимсуммарную эпюру моментов.
/>(3.26)
/>Н·м
/>
/>Н·м
/>
/>Н·м
Наиболееопасным является сечение, где действует максимальный эквивалентный момент (Мэкв=124,47Н·м). В данном случае (место посадки шкива) вал ослаблен шпоночным пазом,который в то же время является концентратором напряжений.
Определимкоэффициент безопасности в этом сечении.
Материал вала– сталь 45.
Пределпрочности σв=700МПа.
Пределвыносливости σ-1=270МПа.
Пределвыносливости при кручении τ-1=160МПа.
/>,(3.27)
где Sσ – коэффициентбезопасности по изгибу;
Sτ – коэффициентбезопасности по кручению.
/>,(3.28)
где σa – переменнаясоставляющая циклов изменения напряжений;
σm – постояннаясоставляющая циклов изменения напряжений;
σ-1– предел выносливости при изгибе (σ-1=270Мпа);
kσ – эффективный коэффициентконцентрации 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 циклаизменения напряжений (Ψσ=0,075).
(3.29) />/>
/>
По этимзависимостям определяются постоянные составляющие циклов изменения напряжений σm и σm (средние напряженияцикла) и переменные составляющие σа и τа (амплитуды цикла) при симметричном циклеизменения напряжений изгиба и пульсирующем (отнулевом) цикле изменениянапряжений кручения.
/>,(3.30)
где τа– переменная составляющая циклов изменения напряжений;
τm – постояннаясоставляющая циклов изменения напряжений;
τ-1– предел выносливости при кручении при симметричном знакопеременном цикле (τ-1=160Мпа);
kτ – эффективныйкоэффициент 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 циклаизменения напряжений (Ψτ=0,045).
/>/>,(3.31)
где М –суммарный изгибающий момент в рассматриваемом сечении (Н·мм);
W – момент сопротивления врассматриваемом сечении (мм3).
Для сечениявала с одной шпонкой:
/>/>(3.32)
/>/>/>мм2
/>Мпа
/>,(3.33)
где Wρ – полярный моментсопротивления, мм3.
Для сечениявала с одной шпонкой:
/>(3.34)
/>/>мм3
/>МПа
/>
/>
/>
Чтосоответствует условию S≥[Sдоп]. Таким образом безопасность обеспечена.
/>
Рисунок 3.2 — Схема нагружения вала
4.5 Подборподшипников
Вал воспринимаетрадиальные нагрузки. Принимаем сферический двухрядный радиальныйшарикоподшипник тип 1609 ГОСТ 5720-75
d=45мм
D=100мм
В=36мм
Длявыбранного 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 вращаетсявнутреннее кольцо подшипника).
Эквивалентнаянагрузка:
/>/>P=X·V·Fr·kσ·kτ,(3.35)
где Fr – радиальная нагрузка,Н;
kσ – коэффициентбезопасности (kσ=1,1);
kτ – температурныйкоэффициент, учитывающий рабочую температуру нагрева подшипника, если онапревышает 373,15К (kτ=1).
Р=1·1·725,46·1,1=798Н
Долговечностьподшипника:
/>,(3.36)
где n – частота вращения,об/мин;
Lh – долговечностьподшипника, (Lh=8·103ч).
/>млн.об
Далееопределяем расчетную динамическую грузоподъемность (Ср) и проверяемусловие:
Ср≤С
/>(3.37)
где m=3 для шариковыхподшипников.
/>кН
Таким образомполучили Ср
Принимаемподшипник 1609 ГОСТ 5720-75.
4.6 Расчетшпонки
Для вала сдиаметром d=45ммпод шкив принимаем призматическую шпонку />.
Так каквысота и ширина призматических шпонок выбирается из стандартных размеров,расчет сводится к проверке шпонки по допускаемым напряжениям при принятой длинеили высоте на основании. На основании допускаемых напряжений находится еедлина.
Шпонкапроверяется из условия прочности на смятие и на срез.
T≤0,5d·lp·k[σсм],(3.38)
где d – диаметр вала, мм;
lp – рабочая длина шпонки,мм;
Т – крутящиймомент, Н·мм;
k – рабочая высота(глубина врезания в ступицу шпонки).
k=0,4h=0,4·9=3,6мм.
Материалшпонки – Сталь 45 ГОСТ 1050-88:
[σсм]=150Н/мм2
[τср]=90Н/мм2.
Т≤0,5·45·70·3,6·150=85050Н·мм
44940
Такимобразом, условие прочности на смятие выполняется.
Условиепрочности шпонки на срез:
T≤0,5d·b·lp[τср](3.39)
Т≤0,5·45·14·70·90=198450Н·мм
44940
Такимобразом, условие прочности на срез также выполняется.
Списокиспользованных источников
1. Попков А.А.Аграрная экономика Беларуси. – Мн: «Беларусь», 2006.
2. Машины иаппараты 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. Технологическоеоборудование мясокомбинатов. Под ред. к.т.н. Бредихина С.А. — М.: Колос, 1997.
5. Д.М. Гальперин.Монтаж и наладка технологического оборудования предприятия пищевойпромышленности. – М.: Агропромиздат, 1988.