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
Куттер Л5-ФКМ (рис. l) является ротационной мясорезательной машиной с механической выгрузкой фарша, предназначен для окончательного тонкого измельчения мяса, поступающего для приготовления фарша при производстве вареных и ливерных колбас, сосисок и сарделек.
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
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 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.
·η2
подш
, (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
.
Принимаем 2 ремня Б – 2000Т ГОСТ 1284-68.
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
Мизг
I
=F·489,5·10-3
=230,46·0,4895=112,81 Н·м
Мизг
II
=Q·c – F·a+Rb
(b+c)=772,8·0,160 – 230,46·0,716+182,72·0,227=0
Мизг
III
=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;
Sτ
– коэффициент безопасности по кручению.
 ,(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
=8·103
ч).
 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.
T≤0,5d·lp
·k[σсм
],(3.38)
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.
|
