,
где I = 45 А - сила тока; U = 380 В - напряжение тока; cos = 0,85 - по паспорту электродвигателя вращения куттерного вала; NРЕЗ = 453801,730,85 = 25145 Вт = 25,145 кВт - по паспорту куттера мощность электродвигателя ножевого вала равна 27 кВт, что позволяет применять 8-ножевую головку.
Куттер работает при атмосферном давлении. Зазор между ножами и чашей устанавливается по щупу 1мм. Острота лезвия ножей равняется f = 0.
Ножи изготовлены из стали 60С2А по ГОСТ 14959-79 и имеют антикоррозионное покрытие Хмол6 по ГОСТ 9.306-85. Толщина ножей S = 5±0,03 мм; угол заострения режущего клина ножей d = 15°40'. Разность массы ножей не превышает 5 г.
Производительность куттерования (кг/ч) при применении 8-ножевой головки составляет:
где V - геометрическая емкость чаши, м3; - коэффициент загрузки по основному сырью; - плотность куттеруемого фарша, кг/м3(измеряется на электронных весах путем взвешивания куска фарша размерами 50-100-250 мм); t - длительность куттерования, мин.
Крутящий момент резания (кг/см) 8-ножевой головки составляет:
,
где N - мощность резания, кВт; NКУТ - число оборотов куттерного вала, мин-1; NКУТ = 43,4 с-1 60 об/мин.
Окружное усилие резания (кг/с) 8-ножевой головкой определяли по формуле:
где МКР - крутящий момент резания, кг/см; DГ - номинальный диаметр куттерной головки, см;
Такое небольшое усилие резания позволяет увеличить время работы ножей до переточки в 3 раза по сравнению с 4-ножевой головкой. При работе 8-ножевой головкой стойкость куттерных ножей до переточки составляет ? 72ч.
Необходимо отметить, что для качества измельчения фарша большое значение имеет схема расположения куттерных ножей в пространстве. Наиболее оптимальной следует признать «лепестковую» схему. Эта схема позволяет получить наибольшее поле резания за один оборот вала и чаши куттера.
2.5 Фаршемешалка Л5-ФМУ-335
Особенности применяемых фаршемешалок связаны с конструкцией и распределением исполнительных органов (лопастей) мешалки, узлов выгрузки продукта и материалов, из которых они изготовлены. Фаршемешалка Л5-ФМУ-335 относится к фаршемешалкам горизонтального типа, у которых исполнительный (перемешивающий) орган закреплен на горизонтальном валу.
Рис. 11 Фаршемешалка Л5 - ФМУ - 335
1 - тележка; 2 - устройство загрузки; 3 - корыто; 4 - решетка; 5 - привод; 6 - станина; 7 - лопасти месильные
Она состоит из станины, месильного корыта, привода шнеков, механизма загрузки, правой и левой крышек, шиберного устройства и электрооборудования.
Станина представляет собой сварную металлическую конструкцию из уголка размером 63-63 мм. Крышка сварная, решетчатого типа, из нержавеющей стали. Месильное корыто состоит из картера, корыта из нержавеющей стали, внутри которого расположено два месильных шнека, приводимые в движение валом. Они вращаются от электродвигателя через клиноременную и червячную передачи, расположенные внутри чугунной тумбы. Фарш перемешивается месильными шнеками в корыте, закрытом двумя решетчатыми крышками. Шнеки подобраны так, чтобы при их вращении фарш подавался от края в центр, а внизу поток был обратным, (имитируется ручная вымеска). Частота вращения лопасти со стороны обслуживания меньше (в 1.3 - 2.0 раза) частоты вращения лопасти. Приводной механизм фаршемешалки электрический, с реверсом, обеспечивающим вращение перемешивающих лопастей, как в одну, так и в другую сторону, и без реверса, т.е. лопасти вращаются только в одну сторону.
Загружается фарш в корыто загрузочным устройством, выгружается месильными шнеками через люки, которые открывают вручную, вращая маховик по ходу часовой стрелки. Пульт управления представляет собой кнопочный пост и расположен на тумбе. Шкаф электрооборудования прямоугольной формы, закреплен на стене отдельно от машины в удобном для эксплуатации месте. Станина и тумба фаршемешалки закрыты металлическими облицовочными листами.
При выгрузке в передвижные тележки или бункер корыто опрокидывают, причем уровень разгрузки должен быть расположен на высоте 0.8-0.9 м. Конструкция опрокидывающего механизма выбрана таким образом, чтобы при повороте корыта не нарушалось сцепление в передачах. Наиболее рационально для механизированной выгрузки опрокидывание вокруг оси, когда условие загрузки и выгрузки одинаковы.
Технические характеристики
Производительность, кг/час 2500-3200
Геометрическая вместимость корыта, м3 0.335
Коэффициент загрузки 0.6-0.8
Длительность цикла, мин 3.5-8
Частота вращения месильных шнеков:
- левого, с 0.76
- правого, с 0.76
Установленная мощность, кВт 7.0
Габаритные размеры, мм 2900-965-1385
(с механизмом загрузки)
Масса, кг 1035
(с механизмом загрузки)
2.5.1 Расчет шнека фаршемешалки Л5-ФМУ-335
Исходные данные:
производительность шнекового устройства П=0,861 кг/сек;
максимальное давление рmax=0,15 Мн/м2;
коэффициент внутреннего трения продукта f=0,3;
плотность продукта =900 кг/м3.
Наружный диаметр шнека D принимаем равным 0,34 м, шаг Н=0,8 D=0,80,34=0,27 м.
Диаметр d вала шнека должен быть больше предельно допускаемого диаметра dпр определяемого из условия (рис. 12):
Рис. 12. К выбору диаметра вала шнека
dпр = H/tg (1)
Примем диаметр вала шнека равным 0,16 м (а=2,12).
Угол подъема винтовых линий на внешней стороне шнека и у вала по зависимости (2):
Углы подъема винтовых линий равны:
D = arctgH/D; d = arctgH/d
Среднее значение угла подъема винтовых линий витка шнека по равенству:
ср = 0,5 (D + аd ).
ср=0,5(1419'+2825')=4244'0,5=2122'
Вспомогательные величины:
cos22122'=0,93212=0,8689; tg 2122'=0,3882; sin22122'=0.6748.
Коэффициент отставания частиц материала в осевом направлении по уравнению без учета сил трения:
k0 = (H-h1)/H = sin2 = (D-s1)/D = kв
c учетом сил трения:
k0.T = (H-h)/H = sin2 +0.5fsin2= (D-s)/D = kв.T
Если формуемый или прессуемый материал является пластично-вязким и обладает адгезией, то в качестве коэффициента трения берется коэффициент внутреннего трения, определяемым из условия связи частиц между собой при сдвиге слоев материал.
Таким образом, движение частиц продукта в шнековом устройстве можно учитывать коэффициентом перемещения.
k = 1 - k0.T = cos2 - 0,5f sin 2.
k0=1-(0,8689-0,50,30,6748)=0,2332
Изгибающий момент в витке шнека по внутреннему контуру, т.е. у вала по выражению (6):
Mи=PmaxD2/32?(1.9-0.7a-4-1.2a-2-5.2lna)/(1.3+0.7a-2);
где а == D/d -- отношение диаметров, которое практически лежит в пределах от 1,8 до 3. Наибольшее напряжение (оно же и эквивалентно):
= 6Mн/тб2;
Витки шнека будут изготовляться из стали 10, для которой допустимое напряжение при изгибе можно принять равным допускаемому напряжению при растяжении, т.е. 1300105 Н/м2.
Тогда толщина витка шнека из формулы :
=6Mн/тб2;
.
Принимаем
Площадь внутренней цилиндрической поверхности корпуса устройства на длине одного шага по выражению (8):
Fв = D(H-);
FB=3,140,34(0,27-0,006)=0,2818 м.2
Развертки винтовых линий по зависимостям (9):
l =;
L = ;
Площадь поверхности витка шнека на длине одного шага по условию:
Fш = 1/4(DL-dl+H2ln(D+2L)/(d+2l));
где L и l - развертки винтовых линий, соответствующие диаметрам шнека и вала.
что удовлетворяет условиям работы шнека.
Крутящий момент при трех рабочих витках шнека по выражению: Mкр =
0,131n pmax(D3-d3)tgср;
осевое усилие
S = 0/392n(D2-d2) pmax
где n - число рабочих шагов шнека.
Мкр=0,1313,15106(0,343-0,163)0,3882=806 Нм,
S=0,3923(0,342-0,162)0,15106=6210 Н.
Зная крутящий момент на валу шнека и осевое усилие, находим соответствующие им нормальное и касательное напряжения:
где F- площадь поперечного сечения вала шнека в м2; Wp - полярный момент сопротивления поперечного сечения вала шнека в м3.
Эквивалентное напряжение по теории наибольших касательных напряжений определяют по формуле:
и находится в пределах допускаемого напряжения для материала вала шнека (сталь Ст5).
Принимая коэффициент заполнения равным единице, получим:
Теперь определяем размеры заготовки витков и их число.
Пусть длина шнека равна 30,27=0,81 м.
Ширина витков по зависимости
b=0,5(D-d)
b=0,5(0,34--0,16)=0,09 м.
Угол выреза в кольце-заготовке по выражению:
0 = 2 - (L - l)/b;
(16)
Длину шнека определим по формуле:
L' = H'/sinD; l' = H? sind ;(17)
Из формулы (18) определим другие параметры: D0= L' /; d0=l'/;
В технологические расчеты мешалок входит определение емкости дежи и резервуара, а также мощности двигателя к мешалкам.
Емкость дежи или резервуара мешалки, если она и используется как резервная или аккумулирующая емкость, определяется по формуле
V=M-1(19),
где М - производительность смесителя или мешалки, м3/сек; - длительность цикла вымески или смешивания, с; - коэффициент заполнения объема дежи продукцией.
V=0,000962100,6-1=0,335 [м3].
Мощность двигателя к мешалки для перемешивания тестообразных и сыпучих тел (в частности фаршей)
;(20)
где z - количество лопастей данного типа; Р - сопротивление, испытываемое одной лопастью, Н; - скорость движения соответствующей лопасти, м/с.
Для перемешивания тестообразных и сыпучих тел сопротивление одной лопасти
P=QF, [H](21),
где Q - соответствующее удельное сопротивление, Н/м2; F- лобовая поверхность лопасти.
По данным Лапшина (для фарша):
Q=Q0+a Н/м2 (22),
где Q0 - условное начальное сопротивление, Н/м2; а - постоянный параметр, зависящий от вида фарша.
Для фарша вареных колбас а=40005000, Q0=40008000 H/м2
=R=0,17124=4,1 м/с
F=
Q=15000+100004,1=56000 H/м2
Р=560000,09=5040 Н
N=
Расчёт рабочих параметров шнека фаршемешалки. Известны производительность шнекового устройства П = 0,85 кг/с, коэффициент внутреннего трения продукта f = 0,3, плотность продукта = 1041 кг/м3.
Наружный диаметр шнека D принимаем равным 140 мм, а шаг
Н = 0,8140 = 112 мм.
Предельный диаметр вала шнека
dпр = ( Н/) tg = ( 0,112/3,14)0,3 = 0,0107 м = 10,7 мм.
Примем диаметр вала шнека равным 60 мм (а = 2,3).
Угол подъема винтовых линий на внешней стороне шнека и у вала по зависимостям
D = arctg [H/(D)]; d = arctg [H/(d)];
D = arctg [0,112/(3,140,14) ] = 14 ;
d = arctg [0,112/(3,140,060)] = 31 .
Среднее значение угла подъема винтовых линий витка шнека по равенству
ср = 0,5( D + d ) = 0,5 (14 + 31 ) = 22,5 .
Вспомогательные величины равны
cos2 22,5 = 0,854; tg 22,5 = 0,414; sin 222,5 = 0,707.
Коэффициент отставания частиц материала в осевом направлении по уравнению
k0 = 1 - (cos2 ср - 0,5f sin 2ср) = 1 - (0,854 - 0,50,30,707) = 0,252.
Изгибающий момент в витке шнека по внутреннему контуру, т.е. у вала по выражению
Нм/м.
Витки шнека будут изготовлены из стали 10, для которой допускаемое напряжение при изгибе можно принять равным допускаемому напряжению при растяжении, т.е. 125106 Па. Тогда толщина витка шнека из формулы
и = 6М/2
Принимаем = 4 мм.
Площадь внутренней цилиндрической поверхности корпуса устройства на длине одного шага
Fв = D( H ) = 3,14 0,14 (0,112 - 0,004) = 0,0475 м2.
Длины разверток винтовых линий
l =
L =
l = = 0,219 м;
L = = 0,454 м.
Площадь поверхности витка шнека на длине одного шага
Fш =
Fш = = 0,0133
м2, что удовлетворяет условиям работы, т.к. Fш Fв.
Крутящий момент при двух рабочих витках шнека
Мкр = 0,131 n pmax (D3 - d3) tg ср
Мкр = 0,13120,2106 (0,143 - 0,063) 0,414 = 54,84 Нм.
Осевое усилие
S = 0,392 n (D2 - d2) pmax
S = 0,3922 (0,142 - 0,062) 0,2106 = 2509 Н.
Нормальное и касательное напряжения вала
сж = S/F ; = Мкр / Wр,
где F - площадь поперечного сечения вала шнека, м2; Wр - полярный момент сопротивления поперечного сечения вала шнека (Wр ,2 d3).
сж = 2509353,857 = 887827 Па = 0,9 МПа.
= 54,8423148 = 1 269 444 = 1,3 МПа.
Эквивалентное напряжение
и находится в приделах допускаемого напряжения для материала вала шнека (сталь Ст 5).
Принимая коэффициент заполнения равным единице, из уравнения получим угловую скорость шнека
П = 0,125(D2 - d2) (Н ) (1 К0) ,
где толщина витка шнека в осевом направлении по наружному диаметру, м; плотность материала, кг/м3; коэффициент заполнения межвиткового пространства; угловая скорость вращения шнека, рад/с.
0,85 = 0,125 (0,142 - 0,062) (0,112 - 0,004) (1 0,252) 1041;
= 5,06 с-1 (48 об/мин).
Теперь определим размеры заготовок витков и их число. Пусть длина шнека равна 6112 = 672 мм.
Ширина витков
b = 0,5 (D - d) = 0,04 м = 40 мм.
Угол выреза в кольце - заготовке
0 = 2 -( L - l) / b = 23,14 - (0,454 - 0,219) / 0,04 = 0,405 рад = 23.
Диаметры колец определяем по формулам
мм
При изготовлении кольца - заготовки без углового выреза, оно расположится на длине шнека, определяемой по условию
.
Количество колец - заготовок без углового выреза надо
0,672 / 0,12 = 5,6 шт.
Практически надо сделать шесть колец - заготовок
Литература
1. Кармас Э. Технология колбасных изделий / Э.Кармас. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 256 с.
2. Рогов И.А. Общая технология мяса и мясопродуктов / И.А. Рогов, А.Г.Забашта, Г.П.Казюлин. - М.: Агропромиздат, 2000. - 563 с.
3. Справочник технолога колбасного производства / И.А.Рогов, А.Г.Забашта, Б.Е.Гутник и др. - М.: Колос, 1993. - 431 с.
4. Пелеев А.И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности / А.И. Пелеев. - М.: Агропромиздат, 1963. - 634 с.
5. Технология мяса и мясопродуктов / Л.Т.Алехина, А.С.Большаков и др.; Под ред. И.А.Рогова. - М.: Агропромиздат, 1988. - 576 с.
6. Технологическое оборудование мясокомбинатов / Под ред. С.А.Бредихина. - М.: Агропромиздат, 2000, - 557 с.