ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7142| Title: | Покращення якості та безпеки ковбасних виробів на основі концепції «hygienic design» |
| Authors: | Батраченко, Олександр Вікторович Чудов, Володимир Володимирович |
| Keywords: | гігієнічний дизайн;м'ясорізальний вовчок;довговічність;ефективність роботи |
| Issue Date: | 14-Dec-2022 |
| Abstract: | Метою досліджень є покращення якості та безпеки ковбасних виробів, шляхом зменшення емісії продуктів зношування різального інструменту вовчка в фарш та попередження забруднення фаршу мастильними матеріалами приводу вовчка. Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному: - отримані кількісні показники зношування решіток вовчка при різних методах покращення; - встановлено вплив карбонітрації, нітроцементації та цементації, як методів поверхневого зміцнення, на зносостійкість решіток вовчка; Практичне значення одержаних результатів: - використання методів карбонітрації та нітроцементації для зміцнення решіток вовчка дозволяє до 4 разів зменшити емісію продуктів зношування у фарш, покращуючи таким чином його якість; - застосування запропонованої конструкції підшипникового вузла приводу робочого шнеку гарантовано попереджає потрапляння мастильних матеріалів з даного вузла у м’ясну сировину, яка знаходиться в робочому циліндрі вовчка ; Очікуваний економічний ефект від впровадження запропонованих рішень, який враховує підвищення якості та безпеки отримуваних ковбасних виробів для споживачів, становить близько 150 тис. грн. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7142 |
| Appears in Collections: | 133 Галузеве машинобудування (Обладнання переробних і харчових виробництв) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| КРМ Чудов.pdf Restricted Access | Магістерська кваліфікаційна робота складається із вступу, 3 розділів, висновків, списку використаних джерел, Роботу викладено на 101 сторінці, містить 26 рисунків, 8 таблиць. | 4.66 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
факультет комп’ютеризованих технологій машинобудування і дизайну
кафедра Проектування харчових виробництв та верстатів нового покоління
МАГІСТЕРСЬКА КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА
магістр
(освітньо-кваліфікаційний рівень)
на тему
ПОКРАЩЕННЯ ЯКОСТІ ТА БЕЗПЕКИ КОВБАСНИХ ВИРОБІВ
НА ОСНОВІ КОНЦЕПЦІЇ «HYGIENIC DESIGN»
Виконав: студент 2 курсу, групи мПВ-76
спеціальності 133 Галузеве машинобудування
Чудов В.В.
Керівник доц. Батраченко О. В.
Рецензент Кострицький О.Л
Черкаси 2022
РЕФЕРАТ
Покращення якості та безпеки ковбасних виробів на основі концепції
«hygienic design» - магістерська кваліфікаційна робота.
Обсяг роботи. Магістерська кваліфікаційна робота складається із вступу,
3 розділів, висновків, списку використаних джерел, Роботу викладено на 101
сторінці, містить 26 рисунків, 8 таблиць.
Метою досліджень є покращення якості та безпеки ковбасних виробів,
шляхом зменшення емісії продуктів зношування різального інструменту
вовчка в фарш та попередження забруднення фаршу мастильними
матеріалами приводу вовчка.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:
- отримані кількісні показники зношування решіток вовчка при
різних методах покращення;
- встановлено вплив карбонітрації, нітроцементації та цементації,
як методів поверхневого зміцнення, на зносостійкість решіток вовчка;
Практичне значення одержаних результатів:
- використання методів карбонітрації та нітроцементації для
зміцнення решіток вовчка дозволяє до 4 разів зменшити емісію продуктів
зношування у фарш, покращуючи таким чином його якість;
- застосування запропонованої конструкції підшипникового вузла
приводу робочого шнеку гарантовано попереджає потрапляння мастильних
матеріалів з даного вузла у м’ясну сировину, яка знаходиться в робочому
циліндрі вовчка ;
Очікуваний економічний ефект від впровадження запропонованих рішень,
який враховує підвищення якості та безпеки отримуваних ковбасних виробів
для споживачів, становить близько 150 тис. грн.
Ключові слова: гігієнічний дизайн, м'ясорізальний вовчок, шнек, решітки,
міцність, зношування, довговічність, ефективність роботи.
2
ABSTRACT
Improving the quality and safety of sausage products based on the concept of
"hygienic design" - master's thesis.
Scope of work. The master's qualification work consists of an introduction, 3
chapters, conclusions, a list of used sources. The work is laid out on 101 pages,
contains 26 figures, 8 tables.
The purpose of the research is to improve the quality and safety of sausage products
by reducing the emission of wear products of the cutting tool of the meat grinder
into minced meat and preventing contamination of the minced meat with lubricants
of the meat grinder drive.
The scientific novelty of the obtained results is as follows:
- obtained quantitative indicators of the wear of the wolf's lattices with different
methods of improvement;
- the influence of carbonitridation, nitrocementation and cementation, as methods of
surface strengthening, on the wear resistance of wolf lattices was determined;
Practical significance of the obtained results:
- the use of methods of carbonitration and nitrocementation to strengthen the grates
of the wolf makes it possible to reduce the emission of wear and tear products into
the minced meat by up to 4 times, thus improving its quality;
- the use of the proposed design of the bearing unit of the drive of the working auger
is guaranteed to prevent the ingress of lubricants from this unit into the meat raw
material, which is located in the working cylinder of the wolf;
The expected economic effect from the implementation of the proposed solutions,
which takes into account the improvement of the quality and safety of the received
sausage products for consumers, is about UAH 150,000.
Key words: hygienic design, meat grinder, auger, grates, strength, wear, durability,
work efficiency.
3
ЗМІСТ
С
Вступ
1. Проектування модернізованого обладнання
1.1 Опис розроблюваної машини та запропонованих технічних рішень
1.1.1 Опис технологічної лінії……………………………………….… 9
1.1.2 Опис розроблюваної машини ..…………………………..………. 14
1.1.3 Опис запропонованих технічних рішень з підвищення гігієнічності у вузлах
вовчка ……………………………………………………………… 18
1.1.4 Технічні вимоги та умови на сировину, напівфабрикати і готову
продукцію…………………………………………………………. 21
1.2 Технологічний розрахунок вовчка
1.2.1Оцінювання показників різального інструменту вовчка………… 24
1.2.2 Визначення продуктивності вовчка………………………………. 27
1.2.3 Розрахунок споживаної потужності приводу вовчка…………… 29
1.3 Міцнісний розрахунок деталей вовчка
1.3.1 Розрахунок ножа вовчка на міцність…………………………….. 32
1.3.2 Розрахунок вихідної решітки на міцність та жорсткість………. 34
1.3.3 Розрахунок робочого шнеку ........................................................ 40
1.4 Кінематичний розрахунок приводу вовчка ..................................... 44
2. Наукові дослідження з підвищення зносостійкості решіток вовчка
2.1 Опис технологій покращення застосованих у дослідженнях……... 49
2.2 Методика експериментальних досліджень
2.2.1 Методика визначення величини зношування різального інструменту
вовчка………………………………………………………………… 56
2.2.2 Розробка конструкції пристрою торцевого тертя для дослідження процесу
зношування різального інструменту………………………………. 58
2.3 Результати наукових досліджень………………………………….. 60
3. Охорона праці та безпека прийнятих рішень
3.1 Вимоги безпеки до конструкцій вовчків…………………………… 63
4
3.2 Аналіз запиленості та загазованості………………………………… 75
3.3 Аналіз мікроклімату…………………………………………………. 78
3.4 Аналіз освітлення……………………………………………………. 79
3.5 Аналіз шуму та вібрації……………………………………………... 79
3.6 Аналіз пожежної безпеки…………………………………………… 81
3.7 Аналіз електробезпеки загальний………………………………….. 81
3.8 Електробезпека………………………………………………………. 82
3.9 Захист від обертаючих та рухомих частин обладнання…………... 82
Висновки………………………………………………………………..... 85
Список літератури
Додатки
Додаток 1. Копія сертифікату за 1 місце у міжнародному конкурсі
студентських наукових робіт «Black sea science 2021»
Додаток 2. Копія диплому за перемогу у 2 турі Всеукраїнського конкурсу
студентських наукових робіт з галузей знань і спеціальностей у 2018/2019
навчальному році за спеціальністю «Харчові технології»
Додаток 3. Копія диплому за перемогу у 2 турі Всеукраїнського конкурсу
студентських наукових робіт з галузі знань «Механічна інженерія», що
відбувся в Сумському державному університеті 2021 року
Додаток 4. Копія тез науково-практичної конференції «Інноваційні технології
та перспективи розвитку м’ясопереробної галузі»
Додаток 5. Копія тез науково-практичної конференції «Наукові проблеми
харчових технологій та промислової біотехнології в контексті євроінтеграції»
Додаток 6. Фото установки тертя
5
ВСТУП
В зв’язку з євроінтеграцією постає необхідність переходу на більш високі
стандарти в харчовій промисловості для виходу на ринки ЄС. Ефективним
чинником підвищення якості виготовленої продукції є закупівля сучасного
обладнання та покращених санітарних умов. Проте під час складної економічної
ситуації доцільним є модернізація наявного обладнання під європейські
стандарти.
М’ясорізальні вовчки входять до складу усіх технологічних ліній по
виготовленню ковбасних виробів та м’ясних консервів. Тому до ефективності їх
роботи висуваються суворі вимоги, оскільки якість обробки м’ясної сировини
на вовчку значною мірою визначає якість готового продукту.
Сучасні моделі вовчків відрізняються як своєю кінематичною схемою та
типом приводів, так і конструктивним виконанням окремих деталей. При цьому
лише раціональне конструктивне виконання кожного з робочих органів вовчка
може дати можливість забезпечити високу якість отримуваного
напівфабрикату, підвищену довговічність елементів конструкції.
Доцільним є застосування в конструкції вітчизняної моделі вовчка та його
робочих органів найбільш ефективних та передових технічних рішень, які
представлені в сучасних конструкціях відомих світових виробників вовчків.
Вирішення вказаних задач і є метою даної магістерської роботи.
Метою досліджень є покращення якості та безпеки ковбасних виробів,
шляхом зменшення емісії продуктів зношування різального інструменту
вовчка в фарш та попереджання забруднення фаршу мастильними
матеріалами приводу вовчка.
Об’єкт досліджень – процес спрацювання робочих органів вовчка та
захист від потрапляння сторонніх домішок в сировину.
Предмет дослідження – вплив методів поверхневого зміцнення на
зносостійкість решіток вовчка та конструктивне виконання елементів приводу
вовчка.
6
Для досягнення поставленої мети в роботі вирішувались такі задачі:
- проаналізувати стан і дати оцінку факторам небезпеки харчових
продуктів, що переробляються у вовчку К6-ФВП-160;
- експериментальним шляхом дослідити спрацювання різального
інструменту вовчка з метою створення можливості прогнозування
забрудненості фаршу продуктами зношування;
- проаналізувати відомі способи підвищення зносостійкості
різального інструменту вовчків;
- запропонувати новий спосіб підвищення зносостійкості решіток
вовчка та експериментально дослідити його ефективність;
- на основі вивчення передового досвіду виробників вовчків
запропонувати нове конструктивне виконання елементів приводу, здатне
попередити забруднення фаршу мастильними матеріалами приводу вовчка;
Для розв’язання визначених задач в роботі були використані
експериментальні методи досліджень. Експериментальна частина досліджень
включала дослідження величини зношування ножів і решіток вовчка
стандартної конструкції та зміцнених методом карбонітрації.
Обробка експериментальних даних здійснювалась методами
математичної статистики з використанням програмного продукту
"STATISTICA".
Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:
- отримані кількісні показники зношування решіток вовчка;
- встановлено вплив карбонітрації, нітроцементації та цементації,
як методів поверхневого зміцнення, на зносостійкість решіток вовчка;
Практичне значення одержаних результатів:
- використання методу карбонітрації для зміцнення решіток вовчка
дозволяє до 2 разів зменшити емісію продуктів зношування у фарш,
покращуючи таким чином його якість;
- застосування запропонованої конструкції підшипникового вузла
приводу робочого шнеку гарантовано попереджає потрапляння мастильних
7
матеріалів з даного вузла у м’ясну сировину, яка знаходиться в робочому
циліндрі вовчка ;
Очікуваний економічний ефект від впровадження запропонованих
рішень, який враховує підвищення якості та безпеки отримуваних ковбасних
виробів для споживачів, становить близько 150 тис. грн.
8
РОЗДІЛ 1.
ПРОЕКТУВАННЯ МОДЕРНІЗОВАНОГО ОБЛАДНАННЯ
1.1.1 Опис технологічної лінії
Технологічна лінія виготовлення сосисок призначена для виробництва
сосисок і сардельок. Під час роботи лінії сировина (яловичина і свинина) поступає
в приймальні бункери вовчків і подрібнюється. Подрібнювана сировина
безперервно поступає в змішувачі, що безперервно діють, в які автоматично
поступає розсіл, що дозується. Потім посолена сировина поступає у відповідні
достигачі безперервної дії (місткість кожного достигача до 2000 кг), з яких воно
по черзі поступає у ваговий бункер, де здійснюється зважування його згідно із
рецептурою виробів, що виготовляються . Зважена сировина вивантажується в
кутер, куди додають воду, розчин нітриту, суміш спецій і інші компоненти.
Після змішування фарш подрібнюється і поступає в ексцентриково-лопатевий
насос, за допомогою якого він по фаршепроводам потрапляє до шприців.
Штучні сосиски виробляють на шприцах-дозаторах, а сардельки – на
шприцах безперервної дії з подальшою в'язкою наповнених фаршем оболонок на
напівавтоматах. Теплова обробка сосисок і сардельок проводиться в
термоагрегатах. Потім продукція охолоджується під душем протягом 9 – 11хв. і
доохолоджується до 8 – 12°С в камері повітряного охолоджування. Охолоджені
до температури 8 – 12°С сосиски поступають по похилому конвеєру в камеру
накопичення, а потім в реалізацію. Продуктивність цеху, в якому упроваджено
три потоково-механізовані лінії, 30т в зміну.
9
1
5
3 4 4 3
2 6 2
7 7
8
11 10 8
9 13
14
12
2 3 2 2 2 1
2 0 19
18 17 16 15
Рисунок 1.1 - Потоково-механізована лінія виробництва сосисок і
сардельок
1 – бак для розсолу; 2 – дозатор розсолу; 3 – змішувач; 4 – вовчок; 5 –
плоскочашковий підйомник; 6 – лоток; 7 – дозрівач; 8 – шнековий
живильник; 9 – дозатор води; 10 – дозатор нітриту; 11 – ваговий бункер; 12 –
кутер; 13 – насос; 14 – фаршепровід; 15 – шприц безперервної дії; 16 –
конвеєрний стіл; 17 – напівавтомат для перев'язки сардельок; 18 – ковбасна
рама; 19 – термоагрегат; 20 – душовий пристрій; 21 – камера повітряного
охолодження; 22 – горизонтальний конвеєр; 23 – похилий конвеєр.
Варені ковбаси виготовляються, як правило, із суміші яловичого та
свинячого м'яса, шпику, білкових препаратів, молока, яєць, пшеничного
борошна, солі та спецій. Застосовують м'ясо всіх видів худоби та
птиці. Найбільшу питому вагу займають яловичина та свинина. М'ясо
використовують у парному, в охололому, охолодженому, замороженому або
розмороженому стані. М'ясо надходить у ковбасний цех на кістках у вигляді
напівтуш. М'ясо, що надходить, повинно бути якісним, від здорових
тварин. Кровопродукти додаються для покращення кольору ковбас. Білкові
препарати надають ковбасам більшої щільності, в'язкості та пружності, крім
10
того, покращується зовнішній вигляд. Використовують хребтовий та бічний
шпик без шкірки. Як посолочний інгредієнт використовують харчову кухонну
сіль вищого та 1-го сорту, цукор-пісок та нітрат натрію.
В даний час набули поширення комплексні добавки. Нітрит натрію – це
барвник та консервант, що використовується у харчовому виробництві
м'ясних виробів. Завдяки йому, ковбаси набувають приємного рожевого
відтінку.
Варені ковбаси призначені для споживання на місцях виготовлення у
свіжому вигляді. Тому при виготовленні не ставиться завдання дати
споживачам продукт, стійкий до тривалого зберігання.
Крім того, оскільки варені ковбаси є наймасовішими продуктами харчування,
при їх виготовленні намагаються зберегти ту вологу, яка буває в м'ясі різної
вгодованості (65—75 %). Це робить ковбасу найбільш засвоюваною для
організму людини.
Нормальне парне м'ясо має pH 7,2 Дж., а для варених ковбас pH не
повинен бути менше 5,0-5,5 Дж.,т.к. при цьому погіршується органометричні
характеристики готових (світле забарвлення, кислуватий присмак, жорстка
консистенція, зниження соковитості), знижується вихід.
Також для виробництва вареної ковбаси використовують м'ясо з вмістом
білка 18 –22%, жиру 2 – 3%, екстрактивних речовин 1,7 – 2%, азотистих 0,9 –
1,2%, безазотистих (мінеральних) речовин 0,8 – 1,0%
Наприклад розглянемо Лікарську ковбасу. За гостем склад докторської
ковбаси має бути м'яса 95%, молоко 2%, яйця 3%, цукор, сіль, спеції. Так само
можна використовувати сало, крупу манну або борошно, крохмаль
картопляний або кукурудзяний (до 6%), глутамат натрію (0,1%), Е262, Е334,
Е461 – регулятори кислотності, Е400, Е500 – загусники та гелеутворювачі,
Е300, Е3 – антиоксиданти (0,1 – 0,3%), Е407, Е412 – загусники (0,5 -1%),
ароматизатори – ідентичні натуральному (0,02 – 0,03%), ферментований рис –
нешкідливий барвник, нітрит натрію нітрит калію - фіксатори кольору.
11
Технологічна схема виробництва варених ковбас представлена на
рис.1. Підготовка сировини включає розморожування, обробку, обвалку та
жиловку. Напівтуші, одержувані в замороженому вигляді з морозильних
камер, надходять у ковбасний цех монорейковим шляхом і розморожуються
на підвісному шляху. Далі їх у такому положенні обробляють на висівки, які
скидають на обволочений стіл. Обвалку та жиловку виробляють вручну з
наступним поділом їх на сорти.
Варені ковбаси виробляють з охолодженого, охолодженого та
розмороженого жилованого яловичого, свинячого, баранячого м'яса та
субпродуктів І та ІІ категорії.
Підготовка сировини З обваленого яловичого, свинячого та баранячого
м'яса видаляють грубу сполучну тканину, лімфатичні та кровоносні судини,
жир та хрящі. З яловичини І категорії виділяється полив жиру разом із
м'язовою тканиною. Шпик твердий та грудинку перед подрібненням
охолоджують до температури не вище 6°С.
Подрібнення . М'ясо проходить подрібнення на дзизі через дрібні грати з
діаметром отворів 2-3 мм і посол сухою харчовою сіллю. В результаті посолу
м'ясо набуває солоного смаку, липкості, стійкості до впливу мікроорганізмів,
підвищується його вологоутримуюча здатність при термічній обробці, вносять
1,7...2,1 кг солі на 100 кг м'яса і витримують в камері дозрівання. Одночасно
вносять 0,05% розчин нітрату натрію, який, взаємодіючи з білками м'яса,
утворює речовини яскраво-червоного кольору і м'ясо не втрачає природного
забарвлення при термообробці. Фарш складають згідно з рецептурою в
куттері. Спочатку виробляють друге подрібнення яловичини та свинини з
додаванням води, крижаного кришу та молока. Потім додають решту
компонентів і доводять фарш до необхідної консистенції, контролюючи на
дотик. При необхідності додають шпик, попередньо подрібнений на
шпигорізці. Фарш ковбас, в рецептуру яких не входить шпик, дозволяється
готувати на куттер або машинах тонкого подрібнення.
12
Перемішування. Подрібнене м'ясо змішують у фаршемішалці зі шпиком,
спеціями та борошном протягом 10...15хв до утворення пов'язаної
одноманітної маси.
Наповнення оболонок фаршем. Процес формування ковбасних батонів
включає: підготовку ковбасної оболонки, шприцювання фаршу в оболонку,
кліпсування. Для наповнення оболонок застосовують пневматичні,
гідравлічні, шприци-дозатори чи механічні шприци безперервної дії (у тому
числі вакуумні).
В'язка. При в'язці в'язальник віджимає всередину оболонки фарш, міцно
зав'язує шпагат на кінці, роблячи петлю для навішування батона на
ціпок. Залежно від виду оболонки та сорту ковбаси батону надають форму
кулі, циліндра, кільця або півкільця.
Штрикування. Оболонку ковбас видалення залишку повітря проколюють
спеціальної голкою, тобто штрикують. Целофанову оболонку не штрикують.
Навішування ковбас. При навішуванні батонів ковбас на палиці та рами
необхідно стежити за тим, щоб не було зіткнення батонів.
Опад. Під час осідання відбувається ущільнення фаршу та підсушування
оболонки. Осаду ковбас виготовляють у спеціальних камерах при температурі
2...4°С.
Варка. Обсмажені батони варять пором, у воді або в атмосфері гарячого
зволоженого повітря при температурі 75...85 ° С до тих пір, поки температура
в центрі батона досягне 70 ° С. При варінні у воді ковбасу завантажують у воду
температурою 85...90°С. продуктивність варіння в залежності від виду
оболонки становить: для черев від 30 до 50хв; для кіл і штучних оболонок
діаметром 50 ... 65мм від 40 до 80хв, для синюг, прохідників і бульбашок - від
1,5 до 3 годин.
Охолодження. Зварену ковбасу охолоджують до температури 15°С під
душем, а потім у приміщеннях із кондиціонованим повітрям температурою
8°С.
13
Контроль якості готової продукції. Готову ковбасу температурою не
нижче 0°С і не вище 15°С ретельно перевіряють органолептичним методом та
відбраковують батони з дефектами.
Зберігання. Охолоджені варені ковбаси зберігають в приміщеннях, що
охолоджуються, в підвішеному стані при температурі не вище 8°С і відносній
вологості повітря 75...80% до трьох діб.
1.1.2 Опис розроблюваної машини
Вовчок К6-ФВП-160 призначений для безперервного подрібнення без
кісткового жилованого м'яса та м'ясопродуктів при виробництві фаршу для
ковбасних та інших м'ясних виробів. Використовується для середнього та
дрібного подрібнення. При експлуатації має низку технологічних переваг:
простоту конструкції основних механізмів; легкість складання та розбирання
для санітарної обробки; зручність експлуатації; надійність роботи. Вовчок К6-
ФВП-160 має два виконання: К6-ФВП-160-01 - без завантажувального
пристрою та К6-ФВП-160-02 - із завантажувальним пристроєм для підйому та
перекидання підлогового візка з сировиною в приймальну чашу бункера
вовчка. Модель К6-ФВП-160 складається із зварної станини, на якій
змонтовані всі основні механізми та пульт управління. Електропривід вовчка
має два клинопасових контури для забезпечення незалежної частоти
обертання ножів ріжучого механізму (частота обертання 8 с) і робочого шнека
(частота обертання 5 с), для чого ножовий вал змонтований всередині
робочого шнека.
14
Таблиця 1.1 – Характеристики вовчка К6-ФВП-160
Продуктивність при подрібненні яловичого жилованого 5000
м'яса через ножові грати з отворами діаметром 3 мм,
кг/год.
Геометрична місткість чаші м 3, не менше 0,27
Максимальна вантажопідйомність (завантажувального 400
пристрою), кг
Вага виробу, кг, не більше 1200
Номінальный діаметр решітки, мм 160
Встановлена (сумарна) потужність, кВт 32,2
Рисунок 1.2 Вовчок К6-ФВП-160: 1 - приймальна чаша; 2 - корпус
циліндра; 3 – ножевий вал; 4 - робочий шнек; 5 - допоміжний шнек; 6 –
гільза; 7 - ріжучий механізм; 8 - клинопасові передачі; 9 - станина.
Принцип роботи вовчка. Механізм подачі сировини включає
завантажувальний бункер з приймальною чашею 1. Сировина потрапляє в
завантажувальний бункер до робочого шнека 4 за допомогою допоміжного 5,
виконаного у вигляді одновиткової спіралі та має самостійний привід. Привід
робочого шнека складається з електродвигуна та клинопасової передачі 8.
15
Робочий шнек має змінний крок витків. При цьому частина робочого шнека з
великим кроком витків розташована в нижній частині завантажувального
бункера і служить для транспортування сировини з зони завантаження в
робочу зону подрібнення. Для забезпечення рівномірної та безперервної
подачі сировини нижня частина завантажувального бункера має ребра, що
відсікають. Частина робочого шнека з меншим кроком витків розташована
всередині корпусу циліндра із внутрішніми ребрами.
Ріжучий механізм вовчка змонтований в гільзі 6, що знімається,
встановленої в корпусі циліндра. Комплект різальних інструментів вовчка
включає в себе приймальну решітку, два чотиризубі ножі з криволінійною
ріжучою кромкою, проміжні ґрати, другу пару ножів, вихідну решітку і кільце-
підпору. Комплект різальних інструментів підтискається спеціальною
трубчастою гайкою, за допомогою якої регулюють зусилля натяжки та
відведення подрібненого м'яса.
Підготовка вовчка до роботи
Підготовку вовчка до роботи необхідно проводити в наступній
послідовності: відкрити щитки, відвернути зливну пробку редуктора і злити
залишки старого масла. Залити масло в редуктор згідно схеми мастила .
Провести санітарну обробку вовчка в наступній послідовності:
Відключити електроживлення і повісити табличку «Не включати!
Працюють люди». Зняти гайку. Витягнути підпору, ріжучий механізм 7 і
робочий шнек 4 за допомогою спеціального гачка, що поставляється разом з
вовчком.
Всі поверхні, що мають контакт з сировиною, що переробляється,
помити (використовуючи миючі засоби), потім обполоснути гарячою водою і
протерти насухо. Ріжучий механізм 7, палець робочого шнека і втулку підпори
змазати несолоним харчовим жиром відповідно до інструкції по санітарній
обробці технологічного устаткування, діючій на підприємстві-споживачі і
згідно схеми мастила.
16
Пробним пуском перевірити правильність обертання шнеків. Зібрати
вовчок в зворотному порядку. При цьому гайку сильно затягувати не слід.
Перевірити зовнішнім оглядом справність вовчка і переконатися у
відсутності сторонніх предметів в завантажувальній чаші. Перевірити
натягнення приводных ременів. Натягнення кожного ременя клиноременной
передачі в середній між шківами (при визначенні динамометром) повинне
відповідати для ременя типу В (Б) – 3.0 ± 0.2 кГс, при цьому стріла прогинання
в точці додатку сил для ременів В (Б) від 9,5 до 10,0 мм.
Встановити на вовчок робочий шнек. Встановити ріжучий механізм на
пальці робочого шнека і циліндрі вовчка. Затягнути притискну гайку, а потім
ослабити затягування, повернувши гайку на півоберта у зворотний бік.
Остаточне регулювання ступеня затягування ріжучого механізму провести в
первинний момент роботи вовчка на сировині.
Порядок роботи.
Перед початком робочої зміни необхідно провести зовнішній огляд
вовчка і перевірити візуально наявність заземлення вовчка і ящика
електрокерування. Увімкнути вимикач і повернути ключ в положення
„Увімкнено” на посту управління. Про наявність напруги сигналізує лампа
«Мережа».
На початку роботи не рекомендується повністю наповнювати
завантажувальну чашу вовчка м'ясом. Слід завантажити невелику кількість
м'яса (8÷12 кг), увімкнути електродвигун, витримати пусковий момент, поки
шнек набере номінальну швидкість обертання і ріжучий механізм заповниться
продуктом, а потім завантажити бункер повністю.
Після завантаження чаші сировиною слід відрегулювати силу
затягування притискної гайки ріжучого механізму. Значне затягування
притискної гайки приводить до збільшення сили тертя між ножами і
решітками, що викликає додаткове навантаження на двигун, перегрів ріжучого
механізму і готового продукту, а також може привести до заклинювання
17
ножів. При надмірно великих зазорах між ножами і решітками погіршуються
умови різання м'яса.
Під час роботи решітками ріжучий механізм змащується
сировиною. Тому треба уникати зайвих холостих обертів, коли в ріжучому
механізмі немає сировини, оскільки робота на «сухих» ножах і решітках
приводить їх до передчасного зносу. В кінці роботи вовчок зупиняють тільки
після повного вироблення сировини з бункера і циліндра.
1.1.3 Опис запропонованих технічних рішень з підвищення гігієнічності у
вузлах вовчка
Однією з найважливіших вимог до технологічних процесів у харчовій
промисловості є забезпечення високої гігієни виробництва від стадії
зберігання сировини до постачання продукції в пункти продажів.
Це обумовлено специфікою властивостей самої сировини й виготовленої
з неї продукції. Такі ж вимоги пред'являються, відповідно, і до всіх видів
устаткування - технологічного і допоміжного.
Дотримання санітарно-гігієнічних вимог дозволяє вирішити кілька
завдань, кожне з яких має велике значення:
недопущення отруєння споживачів продукцією підприємства-
виробника;
істотне підвищення термінів зберігання готового продукту у роздрібній
торгівлі;
забезпечення належних смакових властивостей і товарного виду
продукції.
В результаті, крім забезпечення харчової безпеки, стає можливою
мінімізація втрат сировини та готової продукції, що веде до істотного
підвищення рентабельності виробництва.
Згідно даних Федеральної служби оцінки ризиків Німеччини, спалахи
захворювань внаслідок зараженості харчових продуктів з вини інфікованого
18
виробничого персоналу спостерігаються в 25% випадків, через перехресне
бактеріального обсіменіння - в 11% випадків, в результаті незадовільного
очищення обладнання - в 10%.
Наслідком з вищесказаного є те, що на сьогоднішній день висока гігієна
виробництва - це основна тенденція ринку обладнання харчових виробництв.
Одним з ключових чинників виробничої безпеки, поряд з організаційними,
служить гігієнічна конструкція машин і апаратів, що відповідає концепції і
вимогам гігієнічного конструювання. Такий підхід до створення обладнання в
сучасній західно-європейській харчовій промисловості отримав назву
“Hygienic Design”.
Кріплення. Відкритих різьбових з'єднань, гайок, болтів, гвинтів,
заклепок слід по можливості уникати в місцях, які контактують з
продуктом. Альтернативні методи кріплення можна використовувати там,
де шайби мають гумову вставку, що стискається, щоб сформувати
ущільнення, які непроникні для бактерій.
Одним з найбільш невдалих конструкторських рішень з точки зору
гігієнічного дизайну є використання невідповідних кріплень, таких як
гайки, болти та гвинти (1.3-1.8).
Рис. 1.3 – Негігієнічна будова з’єднань
Такі кріплення мають дві проблеми. Перша - небезпека, що вони
можуть спрацюватись і потрапляти в потік продукту. Якщо кріплення
19
неминучі, то в ідеалі вони повинні мати магнітні властивості, так щоб
встановлені вниз за течією магніти, а також метало-детектори, могли
видалити їх. Тим не менш, деякі види неіржавіючої сталі є менш
магнітними, ніж інші, і тому не завжди можливо дотримуватися цієї міри
обережності. Друга проблема полягає в наявності контакту «метал-метал»,
який з підвищенням зношування створює тріщини, що збільшуються, в які
будуть захоплюватись залишки продукту.
Рис. 1.4 – Покращена будова з’єднань
Рис. 1.5 – Ризики, створені негігієнічним використанням гвинтів
20
Якщо використання гайок або гвинтів є обов'язковим, вони повинні
бути гігієнічно спроектовані і встановлені. В ідеалі вони повинні бути
вставлені із зворотного боку до продукту. Якщо ні, то вони повинні бути
розроблені з куполоподібною головкою, яка мінімізує ризик прилипання
продукту до головки і полегшує очищення. Шайби повинні бути кругові і
похилі. Для герметизації різьбових з'єднань повинні використовуватися
еластомірні прокладки. Болти або гайки не здатні забезпечити достатнє
стискування, щоб не утворилася щілина між кромками листа.
Рис. 1.6 – Гігієнічне використання гвинтів: відсутній контакт з продуктом
Рис. 1.7 – Гігієнічні конструкції болтів: зона продукту
21
Підшипники і ущільнення вала. Підшипники повинні, по
можливості, бути встановлені поза зоною, де є продукт, щоб
уникнути можливого забруднення продукту мастильними матеріалами
(якщо вони не є їстівними), або щоб уникнути можливої відмови
підшипника через попадання продукту (1.7).
Ущільнення валу повинні бути сконструйовані так, щоб їх можна було
легко зняти та щоб вони легко очищувались. Якщо вони не змащуються
самим продуктом, то мастильний матеріал, який використовується, має
бути харчовим. Якщо підшипники знаходяться в області продукту (як
корпуси підшипників на валу мішалки) важливо, щоб був передбачений
наскрізний отвір у кришці, який дозволяв би прохід рідини для очищення.
Рис. 1.8 – Негігієнічна (а) та гігієнічна (б) конструкції входу вала
1.1.4 Технічні вимоги та умові на сировину, напівфабрикати та готову
продукцію.
Ковбасними виробами називають вироби, приготовані на основі
м'ясного фаршу з сіллю, спеціями і добавками, в оболонці або без неї і піддані
тепловій обробці до готовності до вживання. Солоні вироби - це продукти,
також готові до вживання, але виготовлені, як правило, з сировини з
нерозрізаною (окости, корейка, грудинка, шинка у формі) або крупно-
подрібненною структурою (шинка в оболонці, бекон любительський і т. п.).
22
Широкий асортимент ковбасних і солоних виробів обумовлений
високими харчовими достоїнствами і придатністю в їжу без додаткової
підготовки.
Залежно від сировини і способів обробки розрізняють наступні види
ковбасних виробів: варені, напівкопчені, копчені, фаршировані, кров'яні
ковбаси, сосиски і сардельки, сальтисони і холодці, ліверні ковбаси, м'ясні
хліба, паштети, дієтичні і лікувальні ковбаси. М'ясна промисловість виробляє
велику кількість ковбасних виробів з яловичини, свинини, баранини,
нетрадиційної сировини: конини, верблюжатини, оленини, м'яса птиці і
кроликів.
Вимоги до сировини і допоміжних матеріалів
Для вироблення ковбасних і солоних виробів використовують сировину
від здорових тварин без ознак мікробіального псування і гіркнення жиру.
Забруднення, побитості, синці, клейма повинні бути видалені. Туші без запаху
в глибині, але з тим, що поверхневим ослизнуло, цвіллю і побитостямі
зачищають і промивають гарячіше (50°С) і холодною водою.
Шпик повинен бути білого кольору з нормальним запахом, без
забруднень. Температура шпика, призначеного для подрібнення, не повинна
перевищувати –1°С, інакше він деформуватиметься при подрібненні.
Для виготовлення варених ковбас застосовують яловичину і свинину в
парному, охолодженому і розмороженому стані, для виробництва ковбас
інших видів – в охолодженому і розмороженому стані. Заморожені блоки
можна направляти на приготування фаршу без попереднього розморожування.
При виробництві ковбасних виробі використовують соєві білки, казєїнат
натрію, молочно-білковий копреципітат, плазму крові.
Для виробництва всіх видів продуктів з свиніни застосовують
охолоджене до 4°С сировини, отриманої від свинячих напівтуш беконної,
м'ясної і жирної угодованої (після видалення шкури і надлишків шпика). До
використання не допускається м'ясо кабанів і свинина з наявністю шпика
консистенції, що мажеться.
23
Вироби з яловичини виготовляють з туш I і II категорії угодованої в
охолодженому або розмороженому стані.
Сировину, направлену на виробництво соленокопчених виробів,
піддають ветеринарно-санітарній експертизі. При необхідності сировину
додатково зачищають. При цьому із зовнішніх і внутрішніх сторін туш і
напівтуш видаляють можливі забруднення, крововиливу, залишки волосся,
щетини і діафрагми, бахрому.
Для засолу використовують харчову сіль не нижче за I сорт без
механічних домішок і стороннього запаху, цукор-пісок білого кольору без
грудок і домішок, нітрит натрію із змістом нітриту (у перерахунку на суху
речовину) не менше 96%. Спеції і пряності повинні мати властиві їм
специфічний аромат і смак і не містити сторонніх домішок.
Кишкові оболонки, вживані в ковбасному виробництві, повинні бути
добре очищені від вмісту, без запаху розкладання і патологічних змін.
Штучні оболонки повинні бути стандартних розмірів (діаметр,
товщина), достатньо міцними, щільними, еластичними, волого- і
газопроникними (для копчених ковбас), володіти хорошою адгезією, стійкими
до дії мікроорганізмів і добре зберігатися при кімнатній температурі. Для
кожного виду і сорту ковбас використовують оболонку певного вигляду і
калібру.
Вимоги до готової продукції
Відповідно до стандарту до готової продукції пред'являються наступні
вимоги. Поверхня батонів ковбасних виробів повинна бути чистою, сухою, без
пошкоджень, плям, сліпів, стеків жиру або бульйону під оболонкою, напливів
фаршу над оболонкою, цвілі і слизу. На оболонці сирокопчених ковбас
допускається білий сухий наліт цвілі, що не проникла через оболонку в
ковбасний фарш. Оболонка повинна щільно прилягати до фаршу, за винятком
целофанової. Поверхня виробів повинна бути сухою, чистою, у копчених і
копчено-варених - рівномірно прокопченою, без слизу і цвілі.
24
Варені і напівкопчені ковбаси повинні мати пружну, щільну,
некрошливу консистенцію, копчені ковбаси — щільну. Консистенція м'язів
соленокопчених виробів пружна або щільна (сирокопчені окости).
На розрізі продукту фарш монолітний, шматочки шпика або грудинки
рівномірно розподілені, мають певну форму і розміри (залежно від рецептури).
Краї шпика неоплавлені, колір білий з рожевим відтінком без жовтизни,
допускається наявність одиничних шматочків шпика, що пожовтіли,
відповідно до технічних умов на кожен вид ковбаси. Колір продуктів на розрізі
рівномірний, рожевий або червоний, без сірих плям.
Ковбасні вироби повинні мати приємний запах з ароматом прянощів, без
ознак затхлості, кислуватої. Смак в міру солоний у варених ковбас, у
напівкопчених і копчених ковбас — солонуватий, гострий, з вираженим
ароматом копчення. Смак солонокопчених виробів в міру солоний для варених
продуктів, солонуватий — для сирокопчених. Запах варених виробів
приємний, копчених — з вираженим ароматом копчення. Ковбаси і солено-
копчені вироби не повинні мати стороннього присмаку і запаху.
М'ясопродукти повинні містити певні кількості соли, вологи, крохмалю,
нітриту відповідно до стандарту.
1.2 Технологічний розрахунок вовчка
1.2.1 Оцінювання показників різального інструменту вовчка
Критерій оцінки Кр.в. розраховується наступним чином:
Кр.в. К1 : К2 : К3 ,
де К1 – коефіцієнт продуктивності різального вузла;
К2 – коефіцієнт подрібнювальної дії різального вузла;
К3 – коефіцієнт однорідності подрібнення.
Числове значення Кр.в. може виглядати так: Кр.в. 0,65:0,3:0,7 (значення
коефіцієнтів К1, К2, К3 прямують до 1, чим вони більші – тим кращі
25
показники різального вузла).В свою чергу коефіцієнти К1, К2, К3
визначаються наступним чином (рис.1.10).
Коефіцієнт продуктивності РВ:
Для прямих ножів:
R2
р.отв. р (zл Sл r
2 2
р.отв. р ) 3,14 573 (4 10833,14 202 )
K1 0,67
R2 2
р.отв. р 3,14 73
Для криволінійних ножів:
R2
р.отв. р (zл Sл r
2 2
р.отв. р ) 3,14 73 (4 11243,14 202)
K1 0,65
R2 3,14 732
р.отв. р
де σ – відносний „живий” переріз РВ, який дорівнює відношенню площі
решітки, вільної для проходження сировини, до загальної площі решітки;
zл – кількість лез ножа;
Sл– площа одного леза ножа, мм2;
rр.отв. р.– внутрішній радіус границі розташування отворів решітки;
Rр.отв. р. – зовнішній радіус границі розташування отворів решітки.
aл
II
h м
I
bл
ел
Рис. 1.9 Типи лез ножа:
І – пряма; ІІ – пряма, леза по периметру охоплені кільцем із додатковими лезами
меншої висоти, що закріплені на кільці ножа.
26
r hр. отв. р. л
bм
е м
a м
н н
Rр. отв. р.
А lmax
r В
р. отв. р.
lmin
С
О
Рис. 1.10 Параметри різального вузла:
Rр.отв.р. – зовнішній радіус границі розташування отворів решітки; rр.отв.р. –
внутрішній радіус границі розташування отворів решітки; hл – висота леза
ножа; αн – кут між різальною та задньою кромками одного леза ножа; βн – кут
між задньої та різальною кромками сусідніх лез ножа
Коефіцієнт подрібнювальної дії РВ:
Для прямих ножів: К2 1К 10,173 0,827
Для криволінійних ножів: К2 1К 10,17 0,83
62,4
Для прямих ножів: де К
н 0,173
2 360
61,4
Для криволінійних ножів: К н
0,17 - коефіцієнт, що враховує
2 360
відношення вільної площі решітки поміж лезами ножа до усієї площі
решітки;
2
тут н () 1() 2 () – „вільний” кут поміж двома сусідніми
z
лезами (рахується по середньому значенню довжини леза ножа, тобто
h 34
r л
р.отв. р. 24 41 ), тобто це кут <ВОС;
2 2
27
hл
1() та 2() – полярні рівняння ріжучої та задньої кромки леза
виражені, як функції кута від радіуса . Коефіцієнт однорідності
подрібнення:
Для прямих ножів:
l
K min r
min min 180 r
min min 17,3
3 0,19
lmax 180 rmax max rmax max 89
Для криволінійних ножів:
l
K min rmin min 180 rmin min 20,8
3 0,23
lmax 180 rmax max rmax max 90
де lmax – довжина дуги із радіусом rmax, що обмежена кутом βmax;
lmin – довжина дуги із радіусом rmin, що обмежена кутом βmin;
βл. max– максимальне значення „вільного” кута поміж двома лезами;
βл. min – мінімальне значення „вільного” кута поміж двома лезами;
rmax– максимальне значення радіусу ножа (в даному випадку rmax=
=rр.отв.р. +hл);
rmax– мінімальне значення радіусу ножа (в даному випадку rmin=r р.отв. р. .
1.2.2 Визначення продуктивності вовчка
При визначенні продуктивності вовчка будемо вважати, що вона
визначається витратою потоку сировини, що проходить крізь різальний
вузол. Тоді вираз по визначенню продуктивності вовчка буде наступним:
�� = 60�� ⋅ �� ⋅ ��с = 60 ⋅ 0,005 ⋅ 20,8 ⋅ 1100 = 6864,кг/год,
де S – площа отвору, крізь який протискується сировина, м2;
υ – швидкість поступального руху сировини, м/хв;
ρс — густина сировини, кг/м3 (ρс =1020÷1150 кг/м3 .
28
Площа отвору, крізь який протискується сировина:
�� = �� 2
ж.р.вуз. = 0,005 м ,
де Sж.р.вуз. – загальна площа „живого” перерізу різального вузла.
Загальна площа „живого” перерізу різального вузла дорівнює:
��ж.р.вуз. = ��в.р. ⋅ (��р.пл. − ��н) = 0,46 ⋅ (0,015 − 0,004) = 0,005 м2 ,
де φв.р. — коефіцієнт використання робочої площі вихідної решітки;
Sр.пл. – робоча площа вихідної решітки, м2;
Sн – площа фронтальної проекції ножа, який контактує із вихідною
решіткою, м2;
Коефіцієнт використання робочої площі вихідної решітки дорівнює:
n d 2 2
отв. отв. 1020 0,003
в. р. 0,46
D2 2 2 2
р.отв. р. d р.отв. р. 0,146 0,04
де nотв. — кількість отворів в решітці;
dотв. — діаметр отворів решітки, м;
Dр.отв. р. — зовнішній діаметр границі розташування отворів решітки, м;
dр.отв.р. – внутрішній діаметр границі розташування отворів решітки, м;
Значення робочої площі вихідної решітки, м2:
(D2 2
р.отв. р. d р.отв. р.) 3,14(0,1462 0,042 )
S р.пл. 0,015
4 4
Значення площі фронтальної проекції ножа, який контактує із
вихідною, м2:
29
��н = ��л ⋅ ��л = 0,001 ⋅ 4 = 0,004,
де Sл – площа фронтальної проекції одного леза ножа, м2;
zл — кількість лез ножа.
Швидкість поступального руху сировини визначається так, м/хв:
√ 2 ��(��ш+�� ) 2
�� = ��в.ш. ⋅ ��в.ш. ⋅ ��ш ⋅ К ш
зап.ш. = ��в.ш. ��ш + ( ) ⋅ ��
2 ш ⋅ Кзап.ш. =
,
√ 2 ��(0,16+0,06) 2
0,25 0,037 + ( ) ⋅ 300 ⋅ 0,8 = 20,8
2
де αв.ш. — коефіцієнт подачі або використання шнека, що залежить від
довжини шнека, зазорів між шнеком та стінкою циліндра та ін.
(αв.ш.=0,25÷0,35);
Dш — зовнішній діаметр шнека (по виткам), м;
dш — діаметр валу шнека, м (можна прийняти dшdр.отв.р.);
tш = 37 мм — крок шнеку,;
nш — частота обертання шнека, хв.-1 (nш =300 хв.-1);
Lв.ш. – довжина витка шнека, м;
Кзап — коефіцієнт заповнення міжвиткового простору шнека
(Кзап=0,75÷0,85).
При розрахунку продуктивності слід брати до уваги найменший крок
шнека tш, тобто крок між двома останніми витками. Саме це значення буде
визначати транспортуючу здатність шнека, а отже – швидкість руху
сировини.
1.2.3 Розрахунок споживаної потужності приводу вовчка
Технологічна потужність, що витрачається в цьому процесі
подрібнення, містить такі складові:
30
N N1 N2 N3 8,4 0,35,113,8 кВт
де N1 - потужність, що витрачається на розрізання продукту, кВт;
N2 –потужність, необхідна для здолання сил тертя в деталях різального механізму,
кВт;
N3 – потужність, що витрачається на роботу живильника, тобто шнекового
механізму, кВт.
Витрати потужності для розрізання продукту, кВт:
N1 As zл nн Si 3500 4 5 (0,0115 0,0106 0,0097) 8,4
,
де АS – питома витрата енергії на різання або утворення одиниці площі перерізу.
Наближено можна прийняти АS = 2,5 ... 3,5 кДж/м2;
n -1
н – частота обертання ножів, с ;
ΣSPi – сумарна робоча площа ножових решіток.
Робоча площа приймальної решітки визначається по формулі:
S р.пр. р 0,0097, м2
де Sр.пр. р.– робоча площа приймальної решітки ;
m – кількість перемичок поміж отворами приймальної решітки;
Sпер – площа перемички ;
Sпер aпер. bпер., м
де апер. – ширина перемички поміж отворами приймальної решітки, м;
bпер. – довжина перемички поміж отворами приймальної решітки, м.
31
Витрати потужності на здолання сил тертя між обертовими ножами та
нерухомими решітками, кВт:
N2 nн P3 b zл fтр z
p R
2
р.отв. р. r2
р.отв. р.
5 3106 0,0014 0,130,0732 0,022 0,3 ,
де zл – кількість лез на ножі;
zр – кількість решіток;
Р3 = 2.. .3 МПа – необхідний тиск затягування різальних інструментів;
bконт. – ширина "доріжки" контакту ножів з решітками, м;
fтр. – коефіцієнт тертя між ножами та решітками: за умови змащування цих
спряжень соком продукту fтр. =0,1.
За умови, що тиск у витках шнека зростає лінійно, вираз для нормальної
до поверхні шнека сили, яка притискає продукт, набуває вигляду
P R2
ш r2
ш zв.ш. 0,32 (0,0652 0,032 ) 7
Pn 0,017мПа
2 cosc 2 0,98
де Р = 0,3...0,5 МПа – найбільший тиск продукту в робочій камері, необхідний
для ефективного подрібнення, згідно варіанту завдання;
zв.ш. – кількість витків шнека;
Rш – радіус витків шнека, м;
rш – радіус валу шнека, м;
βс – середній кут підйому витків шнека;
tш.сер. 0,063
tgc 0,21
Rш rш (0,0650,03)
32
Окружна сила Рокр від радіальної складової сили Рn та сили тертя, викликана при
дії останньої, має такий вигляд:
, 0,017 0,21 0,30,98 0,008мПа
де fтр.ш. - коефіцієнт тертя продукту по матеріалу шнека ( fтр.ш. = 0,2...0,4).
Момент окружної сили:
2 R2 r2
ш ш 2 0,0652 0,032
Mокр Pокр 0,008 0,003
3 R2
ш r2
ш 3 0,0652 0,032
,
Витрати потужності для роботи шнекового механізму, кВт:
2
N3 2 nш Pокр R2 2
ш rш zв.ш. tgc fтр.ш.
3
2
2 5 8000 (0,0732 0,022) 7 0.210.3 5,1
3
де zв..ш. – кількість витків шнека.
1.3Міцнісний розрахунок деталей вовчка
1.3.1 Розрахунок ножа вовчка на міцність
На даному етапі особливу увагу слід приділити тому, як леза ножа
будуть стикуватись одне з одним – з метою забезпечення належної міцності
ножа та мінімального перекриття робочого поля решітки. Міцність лез ножа
можна визначити наступним чином. З умови міцності трикутника, до якого
прикладене розподілене навантаження, слідує наступне (рис. 2).
Момент, що прикладений до сторони профілю, дорівнює:
Для прямолінійних лез:
q h2 2
M л 9,2 58,6
1max 15,8кН
2 2
де q – розподілене навантаження, що прикладене до сторони профілю
висотою hл.
Максимальне напруження, що може виникнути в тілі ножа, дорівнює:
33
M
1max
max доп
W1
15800
max 379 380 умова виконується ,
41,6
де W1 – міцність перерізу;
σдоп – допустиме напруження (σдоп=380 МПа).
Знайдемо оптимальне значення ширини сторони профілю bл відносно
висоти сторони hл виконуючи наступні математичні перетворення:
c b2 M q h2 2
W л л 1max л 2,4 10,2
1 41,6
6 доп 2доп 6
3q 39,2
Звідки, bл hл 58,6 10,2мм
cл доп 2,4 380
де с – ширина леза ножа.
Рис. 1.11 Розподілення навантаження на лезо ножа
В розрахунках застосовувалось розподілене навантаження, значення
якого відповідає питомому зусиллю різання замороженого м’яса і
знаходиться в межах q=7,2÷9,2 кН/м,.
1.3.2 Розрахунок вихідної решітки на міцність та жорсткість
34
При виборі значення товщини слід намагатись забезпечити мінімальний
опір отворів решітки руху сировини, максимальну міцність решітки, причому
– із урахуванням зменшення товщини решітки в процесі її експлуатації
внаслідок переточування (рис. 1.12, а).
Розрахунок решітки на жорсткість проводиться як кільцевої
перфорованої пластини. На рис. 1.12, б показано схему навантаження
кільцевої перфорованої пластини розподіленим навантаженням Р. (зменшення
жорстокості та міцності решітки внаслідок перфорації враховується через
коефіцієнти приведення γ.
Мінімально допустиме значення товщини вихідної решітки Smin вих. р. , яке
повинно являти собою товщину решітки в кінці терміну її експлуатації
(внаслідок зменшення товщини після багаторазового перезаточування),
визначається наступним чином (рис. 1.12).
а)
б)
Рис. 1.12. Схема до визначення товщини вихідної решітки:
а) – утворення загальної товщини решітки шляхом передбачення припуску на
переточування; б) - деформація решітки під дією тиску подачі сировини.
Коефіцієнт k:
35
1,41 1,41
k 0,014
2 2
min ,
S 0,013
вих. р.
1 1
S 0,0043 0,003
трик. dотв.
де Smin вих. р. - мінімально допустиме значення товщини вихідної
решітки, м;
Sтрик. - відстань між центрами отворів, які розташовані по вершинам
рівнобічних трикутників (значення Sтрик. визначається по сітці розбивки
отворів в решітці), м;
dотв. - діаметр отворів решітки, м.
Коефіцієнт приведення жорсткості γ при розташуванні отворів по
вершинам рівнобічних трикутників із стороною Sтрик. (значення Sтрик.
визначається по сітці розбивки отворів в решітці):
2
3 k
2 d
1 10,906 отв.
,
4 S
кв.
де μ - коефіцієнт Пуассона матеріалу решітки (для сталі μ=0,3)
Коефіцієнт приведення жорсткості γ при розташуванні отворів
решітки по вершинам квадратів із стороною Sкв. (значення Sкв. визначається
по сітці розбивки отворів в решітці):
2 2
3 k d
2 3 0,014 0,003
1 10,906 отв.
10,32 10,906 0,15
4
Sтрик. 4 0,0037
,
де μ - коефіцієнт Пуассона матеріалу решітки (для сталі μ=0,3)
Циліндрична жорсткість пластини:
3 3
2E 0,5 S min 11
вих. р. 2 2,110 0,5 0,013 4
Z 4,2 10 ,
3 1 2 3 10,32
36
де Е - модуль пружності матеріалу решітки (для сталі Е=2,1·1011 Па)
Максимальний прогин решітки, м:
2
4
3 1 2 2 k 2 4
P 0,5D 1 1 1
p. 1
p.max
64 Z 4
k1 ln 8 4 ln
1
2
4 3 0,31 2 0,22
0,12 10,22 10,24
0,32 106 0,5 0,16
1 0,3
64 4,2 104
0,15 4
0,12 ln 0,28 0,24 ln 0,2
1 0,3
0,02 103
,де Р – тиск у різальному вузлі 0,32мПа ;
d р. 0,04
0,2 ;
Dр. 0,160
2
2
k1 3 41 ln
1 2
2 0, 202
0,20 3 0,3 4 1 0,3 ln 0, 20 0,12
2
1 0, 20
Повинна виконуватись умова:
доп
p.max p.max
0,02 0,02
,де доп - допустимий максимальний допустимий прогин решітки, м (доп =
p.max p.max
0,02 мм).
37
Максимальний радіальний згинальний момент, який приходиться на
одиницю довжини циліндричного перерізу пластини, Н·м/м:
2 2 1
P 0,5D 3 1 0,5Dр k
1 1
р
M 2
r 0,5D
16 р
4 1 2 ln 0,5D
р
1
2 2
0,32 106 0,5 0,16 3 0,31 0,5 0,16 0,121
2
0,5 0,16
267
16
41 0.30,22 ln 0,5 0,16
Максимальний окружний згинальний момент, який приходиться на
одиницю довжини меридіонального перерізу пластини, Н·м/м:
2
21 1 2 2 1 3 1 0,5D
2 р
P 0,5Dр
M t
16
1
k
1 1 41 2 ln 0,5D
2
0,5D р
р
210,3 1 2 0,22 13 0,3 2
1 0,5 0,16
2
0,042 106 0,5 0,16
361
16 1
0,121 41 0,30,22 ln 0,5 0,16
2
0,5 0,16
Приведена товщина решітки Sприв. р. визначається таким чином, м:
S S min 3 3
прив. р. вих. р. 0,013 0,15 0,007
Значення напружень, без врахування концентрацій біля отворів,
розраховуються наступним чином:
38
3 M r 3 267
r 32,7 106
2 2
2 0,5S 2 0,5 0,007
прив. р.
3 M t 3 361
t 44,2 106
2 2
2 0,5S 2 0,5 0,007
прив. р.
Повинна виконуватись умова відсутності пластичних деформацій:
Т
екв
nзап.м.
6
785 10
44,2 106
1,5
де σекв – еквівалентне напруження (σекв=σr при σr >σt; σекв=σt при σt >σr);
σТ – напруження текучості (σТ =785 МПа);
nзап.м. – коефіцієнт запасу міцності решітки (nзап.м. =1,5 ).
Прийняте значення товщини вихідної решітки Sвих. р. визначається
так, мм:
S min
вих. р. Sвих. р. kц tм 13 25 0,3 20
де Smin
вих. р. – мінімально допустиме значення вихідної решітки, мм;
kц - коефіцієнт, що враховує кількість циклів перезаточування решітки під
час всього терміну її експлуатації (kц = 20-30);
tм – глибина шару металу решітки, який знімається при 1 перезаточуванні з
одного торцю решітки (tм=0,2-0,4 мм), мм.
Розрахунок гідравлічного опору вихідної решітки
Визначення опору отворів решітки (циліндричних отворів)
проводиться наступним чином. На рис. 1.13 показано схему дії сил на
елементарний шар сировини товщиною dx, що знаходиться у отворі
39
діаметром dотв. нескінченної довжини. На елементарний шар сировини діє
осьовий тиск P, що призводить до руху елементарного шару. У
протилежному до Р напрямку діють сила опору (P+dP) та сила тертя Fтр.
Fтр
P P+dP
q
x dx
Рис. 1.13. Схема сил, що діють на елементарний шар сировини в каналі
Дія осьового тиску Р передається від сировини на стінки отвору
боковим тиском qб. Для пластично-пружних матеріалів величина бокового
тиску розраховується за виразом:
qб б. р. P q0 0,75 0,32 106 0,04 0,32 106 0,25 106
Па
де Р – осьовий тиск;
µб.р. - коефіцієнт бокового розпору (µб.р =0,75÷0,80);
q0 – величина залишкового бокового тиску (q0 =0,04÷0,015)Р.
Рівняння рівноваги шару в проекції на вісь каналу х буде:
Px u (Px dPx ) u fò ð. qx l dx 0
де u – площа поперечного перерізу елементарного шару;
40
ddооттвв..
l – периметр поперечного перерізу елементарного шару;
fтр. – коефіцієнт тертя сировини по стінкам отвору.
Вирішивши це рівняння відносно Рх , та виразивши l та u через діаметр
отвору dотв. та довжину елементарного шару dx , а координату х замінивши
на довжину отвору Lотв., отримаємо:
4 f L
тр . б . р . отв .
q
P 0 d q
e отв . 0
x
б. р. б. р.
6 40,130,7515
0,25 10 0,25 106
e
3 0,14 106
0,75 0,75
де f тр.– коефіцієнт тертя сировини о стінки отвору решітки;
Lотв. – довжина отвору решітки;
dотв. – діаметр отвору;
q0 – залишковий боковий тиск;
µб.р. - коефіцієнт бокового тиску (µб.р.=0,75÷0,8).
1.3.3Розрахунок робочого шнеку
Оскільки кути підйому гвинтових ліній правильної гвинтової поверхні
шнека змінюються, збільшуючись від периферії до центру шнека, то осьове
переміщення частинок матеріалу, розташованих в радіальному напрямі, буде
неоднаковим.
Для практичних розрахунків досить приймати середнє арифметичне
значення кутів підйому гвинтових ліній (рис. 1.14) на периферії αD і валу αd
шнека, тобто:
аср = 0,5 (αD + аd)=0,5(9,9+18)=14°.
41
Кути шнека можна визначити так:
t 88
D arctg ш arctg 9,90
;
Dш 3,14 160
t 88
d arctg ш arctg 180
,
dш 3,14 86
де tш — середній крок витків шнека, м;
Dш і dш - діаметри шнека і валу шнека, м.
Рис. 1.14– Схема визначення кутів підйому шнеків
Зниження переміщення частинок продукту в осьовому напрямі можна
врахувати коефіцієнтом відставання
kо = 1— (cos2 αср - 0,5fтр.·sin 2αcp)=1-(0,94-0,059)=0,12,
де fтр.= tgφтр. — коефіцієнт тертя (φтр. — кут тертя), (fтр.=0,15÷0,33; приймемо
fтр.=0,25).
Діаметр валу шнека повинен бути більше граничного, визначуваного з
умови:
42
t 88
dnp
ш tgтр 0, 25 7мм ,
3,14
86 7 (умова виконується).
Для отримання максимальної продуктивності шнекового пристрою
необхідно приймати невеликі значення кутів підйому гвинтових лінії шнека
приблизно не менше 10°. Інакше може відбутися відрив матеріалу від
внутрішньої поверхні корпусу пристрою.
Площі внутрішньої циліндрової поверхні корпусу шнекового пристрою
і однієї сторони поверхні шнекового витка на довжині одного кроку шнека
можна визначити по виразах, м2:
Fв.п.к. Dш tш в.ш. 3,14 0,1600,0880,009 0,039 ;
1 2 Dш 2L
F гв.л.
в.ш. Dш Lгв.л. dш lгв.л. tш ln
4 dш 2lгв.л.
1 2 0,16 2 0,510
3,14 0,160 0,5103,14 0,086 0,284 0,088 ln
4 3,14 0,086 2 0,284
0,080,256 0,077 0,004 0,015
де δв.ш.=9 мм — товщина витка шнека в осьовому напрямі по зовнішньому
діаметру, м;
lгв.л. і Lгв.л. — розгортки гвинтових ліній, відповідно по діаметру валу та по
діаметру витків шнеку, м.
Найчастіше (при обробці парної або охолодженої кускової м’ясної
сировини) товщина витка δв.ш. приймає такі значення, при яких виконується
Dш
співвідношення 1417 . Але при обробці мороженої сировини може
в.ш.
43
Dш
використовуватись шнек із потовщеними витками, для якого 912 .
в.ш.
При обробці ж сировини глибокого заморожування та для повторного
подрібнення фаршів (для подачі текучої сировини) можуть використовуватись
Dш
шнеки, для яких 5,56 .
в.ш.
Крутний момент на валу шнека і осьове зусилля можна визначити по
методиці К. П. Гуськова з виразів:
M 0,131n p D3 d 3
кp t max ш ш tgcp 0,1317 3000000,163 0,0863 tg14
;
0,1317 3000000,163 0,0863 tg14 239,8
Р 0,393n D2 d 2
вісь t ш ш pmax 0,39370,162 0,0862 300000
,
1950000,162 0,0862 3549
де nt =7 — кількість робочих кроків шнека.
Знаючи момент на валу шнека, що крутить, і осьове зусилля, знаходять
відповідні їм нормальне і дотичне напруження:
Р
вісь 4 3549
сж 0,61МПа ;
Sв.ш. 3,14 0,0862
Mкр 16 239,8
1,92МПа
3 ,
Wp.ш. 3,14 0,086
де Sв. ш. — площа поперечного перетину валу шнека, м2 ;
Wp.ш. — полярний момент опору поперечного перетину валу шнека, м3.
Еквівалентне напруження по теорії найбільшої дотичного напруження
визначають по формулі:
44
3 2 2
сж 4 0,612 4 1,922 15,1МПа .
Останній виток шнека, що виходить в пресову камеру, знаходиться під
дією максимального тиску. Цей виток слід розрахувати на міцність. З
невеликим допущенням один виток можна уподібнити кільцевій пластинці,
затисненій по внутрішньому контуру в тілі валу шнека. В цьому випадку
найбільший момент, що вигинає, на внутрішньому контурі такої пластинки,
виконаної зі сталі, буде
p 4
max Dш 1,90,7 1,2 2 5,2ln
М з.ш.
32 1,3 0,7 2
300000 0,160 1,9 0,7 1,864 1,2 1,862 5,2ln1,86
32 1,3 0,7 1,862 ,
1,90,7 1,17 1,2 1,36 3,23 1,90,821,633,23
1500 1500 2520Н м
1,3 0,7 1,862 2,25
а найбільше напруження (воно ж і еквівалентне)
6М з 6 2520
зг. 186,7МПа
2
ш 0,0092
,
Dø
де α= - відношення діаметрів, величина якого практично лежить в межах
dø
від 1,8 до 3 (α=1,86).
1.4 Кінематичний розрахунок приводу вовчка
Проведемо розрахунок клинопасової передачі приводу ножового валу
вовчка. При розрахунку будемо виходити з того, що для обертання ножового
валу і робочого шнеку використовується електродвигун N= 30кВт.
45
м
м
Рис. 1.15 - Кінематична схема вовчка
Визначимо крутний момент на ведучому шківі:
30N1 30 30000
T1 382Н м
n1 750
де Т – крутний момент електродвигуна ;
N1 – потужність електродвигуна, Вт;
n1 – частота обертання електродвигуна, об/хв;
D1 – діаметр швидкохідного шківа
D2 – діаметр тихохідного шківа
Діаметр ведучого шківа визначається так:
d 33 T 33
1 1 382 103 217мм .
Підбираємо стандартне значення діаметру шківа – d1=224 мм.
46
При даному моменті та діаметрі шківа приймаємо перетин ременя «Г»
з розмірами - bp = 32 мм, Т0 = 19 мм, bo = 27 мм, А = 4,76 см2.
Визначимо діаметр більшого шківа по формулі:
750
d2 d1 u 1 224 1 0.02 550мм .
300
Фактичне передавальне число по формулі:
d 550
u 2
p 2,505
d1 1 224 1 0.02
Міжосьова відстань:
amin 0.55d1 d2 T0
amax d1 d2
amin 0.55224 550 19
amax 224 550
amin 445
amax 774
де Т0 – висота перерізу ременя (19 мм).
З конструктивних міркувань приймемо а=500 мм.
Розрахункова довжина ременя по формулі:
2
d d
L 2 a d1 d2
2 1
2 4 a
2
3.14 550 224
2 500 224 550 2244мм
2 4 500
Стандартна довжина ременя L =2240 мм.
47
По стандартній довжині L уточнюємо дійсну міжосьову відстань по формулі
2
2
L d2 d1 L d2 d1 2 d2 d1
2 2
a
4
2
2
2240 550 224 2240 550 224 2 550 224
2 2
498мм
4
Мінімальна міжосьова відстань для зручності монтажу і зняття ременів:
a a 0.01L 4980,012240 476мм
min
Максимальна міжосьова відстань для створення натягнення і підтягання
ременя при витяжці:
amax a 0.025L 498 0,025 2240 554мм .
Кут обхвату ременем на меншому шківі по формулі:
0 d d 540 220
a1 180 600 2 1 1800 600 168 a1143
а 498
Швидкість ременя по формулі:
d1 n 3.14 224 750
v 8,8м / с
60 1000 60 1000
Початкова довжина ременя - L0 = 2240 мм.
Відносна довжина: L/Lo=1400/2240=0.625мм
Коефіцієнт швидкості – Cv =0,66.
Початкова потужність при d1=220 мм і v=8,8 м/с - N0=2,04 кВт.
48
Коефіцієнт кута обхвату - Сa=10,003(180) 0,89 .
Коефіцієнт режиму роботи при вказаному навантаженні - Ср = 1.
Корисне допустиме напруження в заданих умовах:
2
tД 0 С Сv Cp 2,04 0,89 0,68 11,2Н / мм
Колове зусилля:
1000 N 30000
F 1
t 3400Н
v 8,8
Розрахункове число ременів по формулі:
Ft 3400
z 5,95
A 0,99 476
Приймаємо число ременів z=6.
Сила початкового натягнення одного клинового ременя:
780 N 2 780 30
S0.1 q v 0,18,82 506Н
v C Cp z
' 8,8 0,89 16
де q = 0,1 кг/м .
Зусилля, діюче на вали передачі по формулі:
0
Q 2 S z ' 143
0.1 sin 1 2 506 6 sin 5768H
2 2
Діаметр отвору під вал визначимо по формулі:
T 382
d 3 3 42,7 мм
0,2 T 0,2 25
k
З конструктивних міркувань приймемо d=45 мм.
Робочий ресурс ременя, годин:
8 8
Lp tД 0 2240 2,04
H0 Noц Ci CH 4.7 106
1.23 1 28486
60 d1 n1 60 224 750 1,2
де Сi- коефіцієнт передаточного відношення 1.23
Умова Н0>20000 годин виконується.
РОЗДІЛ 2.
49
Наукові дослідження з підвищення зносостійкості решіток вовчка
2.1 Опис технологій зміцнення застосованих у дослідженнях
Цементація в твердому карбюризаторі - обробка, якій піддають
сталеві деталі для підвищення їх твердості, теплостійкості та зносостійкості,
що досягаються при подальшому загартуванні. Цементацію деталей малої та
середньої довжини проводять у камерних печах; великої довжини – у шахтних
печах.
Деталі укладають у цементаційні ящики з карбюризатором, при цьому
обсяг ящиків повинен бути таким, щоб забезпечувалося рівномірне
прогрівання деталей за мінімальний час. Деталі укладають наступним чином:
на дно ящика насипають шар карбюратора товщиною 30-40 мм, на нього
поміщають деталі, потім знову насипають шар карбюризатора і так далі до
верху ящика. Останнім зверху має бути шар карбюризатора (між деталями та
кришкою) товщиною 20-30 мм (рис. 11). Деталі повинні займати 10-15%
обсягу ящика, карбюризатор – 85-90%. При укладанні деталей у ящик
необхідно стежити, щоб вони не торкалися один одного та стінок ящика.
Кожен шар карбюризатора щоб уникнути його опади, отже, провисання
деталей необхідно ущільнювати, струшуючи ящик. На верхній шар
карбюризатора кладуть лист азбесту. Ящик закривають кришкою і обмазують
її сумішшю вогнетривкої глини з піском.
Після природного сушіння ящики ставлять у піч, нагріту до заданої
температури. Відстань між ящиками має бути не менше ніж 30-50 мм.
Тривалість процесу цементації наведена у табл. 1. При ступінчастому режимі
цементації процес ведуть у два етапи: після повного прогрівання ящиків з
деталями в печі встановлюють робочу температуру 950 °С. Після витримки
температуру в печі знижують до 850 ° С і витримують ящики з деталями
протягом часу, зазначеного в табл. 2.1. Розбирання ящиків після цементації
здійснюють при температурі не вище 100 °С. Деталі, що вже охололи повинні
мати світло-сіру поверхню. При частковій цементації поверхні деталей, що не
50
підлягають обробці, слід захищати за допомогою азбесту, трубок, ковпаків і
обмазок.
Таблиця 2.1 - Тривалість процесу цементації в залежності від товщини шару
Тривалість цементації (годин) при глибині
Робоча температура, шару, мм
ºС
0,7-1,0 1,1-1,5
950 1 2
850 2 3
Низькотемпературна нітроцементація - обробка, якій піддають
технологічне оснащення, виготовлену з швидкорізальної сталі всіх марок, для
одночасного насичення поверхневого шару азотом і вуглецем, що
утворюються в результаті розкладання рідкого ціанізатора (триетаноламіну
(С5Н5О)3N), рідкого одночасної подачі в піч. Як рідкі карбюризатори
застосовують гас, легка індустріальна олія, піробензол; як газоподібні -
природний газ і газ, що використовується для побутових потреб.
Низькотемпературна нітроцементація підвищує твердість поверхні виробів,
опір зносу і задираку, забезпечує хороше припрацювання і високу
зносостійкість. При низькотемпературній нітроцементації інструменту з
швидкорізальних сталей за 1-4 год відбувається утворення дифузійного шару
глибиною 0,03-0,08 мм з вмістом вуглецю 0,96-1,02% і азоту 0,15-0,30%. Шар
має високу твердість та зносостійкість. Крихкого шару, що містить надмірну
ε-фазу, на поверхні інструменту не утворюється. Поверхня набуває матового,
синюватого кольору. Нітроцементацію проводять у шахтних муфельних
електропечах або в камерних електропечах після обробки різанням та
термічною. Інструмент не повинен мати припалів, задирків та інших дефектів
на поверхні ріжучих кромок. Твердість інструментів перед нітроцементацією
повинна бути не менше 61 НRС.
Підготовка до нітроцементації полягає в очищенні та знежиренні
поверхонь деталей. Для цього їх ретельно протирають і промивають в бензині
51
або 5% розчині каустичної соди (їдкого натру), нагрітому до 80-90 ° С,
протягом 10-15 хв. Після промивання деталі насухо протирають і
встановлюють у пристосуванні або укладають у кошики з дотриманням
зазорів, необхідних для вільної циркуляції газів.
Пристосування з нітроцементованими деталями завантажують у піч
після того, як в ній буде досягнута робоча температура, що дорівнює
температурі попередньої відпустки (для інструментів зі швидкорізальної сталі
550-560 °С, для інструментів із високохромистих сталей типу Х12 та Х12Ф1
510-520 °С). Карбюризатор подають при закритій кришці печі. У період
прогрівання печі до робочої температури до неї вводять приблизно 30-40%
обсягу карбюризатора. Решту карбюризатора (60-70%) витрачають рівномірно
протягом усього періоду витримки деталей у печі. При здійсненні такого
режиму нітроцементації глибина шару становить 0,02-0,05 мм.
На рис. 2.1 показано залежність глибини нітроцементованого шару від
температури процесу. Тривалість витримки встановлюють залежно від
конфігурації та розмірів поперечного перерізу деталей. У табл.2.1 дана
тривалість витримки з моменту досягнення робочої температури 550-560 °С
при нітроцементації інструменту з швидкорізальної сталі (наприклад,
інструментів).
а) б) в)
Рис.2.1 - Залежність глибини нітроцементованного шару від
температури процесу і часу витримки при використанні різних
карбюризаторів: а) триетаноламіну; б) піробензолу и аміаку; в)
промислового масла и аміаку
52
Таблиця 2.2 - Тривалість низькотемпературної нітроцементації при 570 ºС
Тривалість
Нітроцементуюче середовище процесу, год
Ендогаз (40% H2, 20% CO, 40% N2) + 25% аміаку
Екзо- и ендогаз (20% H2, 20% CO, 60% N2) + 50% 0,5-3
аміаку
Екзогаз (90% N2, 10% CO2) + 50% аміаку, 50%
продуктов піролізу
1-6
гасу, спирту або синтину + 50% аміаку
Карбонітрація - один з перспективних напрямів збільшення стійкості
швидкорізального інструменту, що полягає в термодифузійному насичення
поверхні інструменту азотом і вуглецем (рідке азотування). Значний ефект
виходить при карбонітрації зубчастих коліс, кулачків, різьбових з'єднань з
феромагнітних конструкційних сталей та ін.
Насичення поверхневих шарів інструменту вуглецем, азотом, сіркою або
декількома елементами одночасно підвищує його твердість, зносостійкість,
опір втоми і стійкість. Однак застосовувані в даний час способи хіміко-
термічної обробки мають низку недоліків.
Так, процес ціанування з використанням ціанідів натрію (NaCN) і калію
(КСN) не знаходить широкого застосування через високу токсичність. Газове
азотування інструменту – дуже тривалий процес. Наприклад, для обробки цим
способом великогабаритних штампів необхідно 36-40 год. Тому
перспективним є процес низькотемпературного рідинного азотування, що
здійснюється із застосуванням неотруйних солей - ціанатів і карбонатів.
Процес карбонітрації заснований на насиченні поверхні азотом і
вуглецем у розплавах солей типів КСNO (80-85% КСNO та 15-20% К2СО3) та
NaCNO при температурі 540-560 °С. Найбільш часто використовують розплав,
що складається з 25-38% NaCNO (одержуваного сплавленням сечовини та
53
кальцинованої соди у співвідношенні 1,3: 1), 25-35% Na2CO3 та 28-40% КСІ.
Карбонітрації піддають ріжучий інструмент (як новий, так і відновлений),
виготовлений з усіх марок швидкорізальної сталі, після остаточної термічної
(загартування, відпустка) обробки та обробки різанням (шліфування,
заточування, полірування). Інструмент для карбонітрації повинен бути
очищеним від бруду, знежиреним, без будь-яких захисних, оксидних або
інших покриттів.
Підігрів інструменту повітряної атмосфері проводять протягом 10-15 хв
при температурі 300-350 °С. Для ведення процесу карбонітрування
використовують піч-ванну, забезпечену системою вентиляції. Агрегат
складається з бака для знежирення, печі з повітряною атмосферою для
підігріву, печі-ванни з температурою нагріву до 600 ° С, ванни для
оксидування (вороніння) при температурі до 140 ° С, ванни (бака) для
видалення солі з поверхні інструменту. Основні технологічні операції процесу
карбонітрування наведені в табл. 3. Карбонітрація інструменту проводять при
температурах: 560 ° С швидкорізальних сталей марок Р18, Р9К10 та Р12; 550 °
С марок Р9 та Р6М5; 540 °С легованих сталей марок Х12М, Х12Ф та Х12.
Тривалість карбонітрації інструменту у ванні при зазначеній температурі
наведена в табл. 4.
Максимальне значення мікротвердості 1316 НV отримують при
температурі ванни 550-570 ° С незалежно від часу витримки. При температурі
580 °С така мікротвердість може бути досягнута лише за витримки 25-30 хв.
Твердість серцевини завжди перевищує 600 одиниць.
При карбонітрації домагаються не тільки високої поверхневої твердості
інструменту, а й плавної її зміни від поверхні до серцевини, що запобігає
сколюванню дифузійного шару. Оптимальні режими карбонітрування
швидкорізальних сталей такі: температура 560 ° С та витримка при цій
температурі 20-25 хв. При цьому режимі отримують дифузійний шар
достатньої товщини з максимальною мікротвердістю 1316 НV. Оптимальна
54
глибина карбонітридного шару для ріжучого інструменту 20-30 мкм,
мікротвердість шару 970-1200 НV.
Таблиця 2.3 - Операції технологічного процесу карбонітрації швидкоріжучих
сталей
Операція Середовище, умови проведення операції
Знежирювання Гарячий 3%-ный розчин
Підігрів Температура нагріву 300-350 ºС
Соляна ванна, продувка повітрям для
нагрівання до температури
Нагрів для карбонітрації
540-560 ºС
На повітрі до 150 ºС, переноситься в разплав
Охолодження NaOH – NaNO2 – NaNO3
Розчин NaOH – KNO2 при 140 ºС впродовж 20-
30 хвилин; стабілізація
Оксидування
при температурі 300 ºС
Гаряча вода
Промивка Емульсол: 5%-ный розчин Е2, або ЕТ2, або
НГЛ-205
Сушіння На повітрі
Мікроструктура карбонітридного шару при всіх режимах практично
однакова і складається з двох зон. У поверхні дифузійного шару розташована
світла смуга, що нетравиться - карбонітридна фаза, переважно що складається
з гексагонального нітриду заліза, легованого вуглецем (Fe3N, C). Товщина цієї
зони залежить від температури та часу витримки. При витримці 15 хв зона
нітрокарбідів відсутня. Максимальна товщина зони (10-15 мкм)
55
спостерігається після карбонітрування за режимом: температура процесу 550-
570 ° С, витримка 30 хв. За зоною нітрокарбідів розташована зона, що
травиться - тонка суміш фериту, карбідів, нітридів, карбонітридів заліза і
легуючих елементів (вольфраму, ванадія, хрому, молібдену). Найбільшу
товщину цього шару (60-65 мкм) одержують при температурі 550-570 °З
витримці 30 хв. Зона основного металу являє собою високолегований
мартенсит відпустки та карбіди. На рис. 19 показана параболічна залежність
глибини δ карбонітрованого шару від часу витримки для сталей Р18, Р6М5,
Р9К5; на рис. 20 - зміна мікротвердості по глибині карбонітрованого шару
сталі Р9К5. Для інших марок результати карбонітрування відрізняються лише
абсолютними значеннями величин.
Карбонітрація набагато підвищує зносостійкість швидкорізальної сталі.
Наприклад, коефіцієнт тертя сталей Р6М5 і Р9 завдяки карбонітрації
зменшується в 2-3 рази. Стійкість свердлів, фрез і ріжучого інструменту інших
видів після карбонітрації збільшується в 3-5 разів.
Карбонітрація заготовок з аустенітних сталей типу 12Х18Н10Т посилює
їх стійкість проти заїдання, тобто виникнення та розвитку пошкоджень
поверхонь тертя внаслідок схоплювання та перенесення матеріалу деталей
пари тертя під впливом великих навантажень при високих швидкостях
ковзання та температурі.
56
2.2.1 Методика визначення величини зношування різального інструменту
вовчка
Сьогодні контактні виміри є загальновизнаним методом, застосування
якого забезпечує досягнення максимальних показників ефективності роботи,
якості, точності та інших характеристик верстатів. Стандартні програми,
вбудовані в сучасні системи ЧПУ, спрощують інтеграцію вимірювальних
циклів в операції з обробки та засоби, що працюють в автономному режимі.
Такі стандартні програми разом із інтерфейсом CAD-систем роблять дуже
зручним процес моделювання вимірювальних функцій. Датчики забезпечують
значну економію витрат і дають підвищення якості при вирішенні будь-яких
завдань на верстатах, які використовуються у таких галузях.
Рис.2.2 – Контактний датчик
Конструкція резистивного контактного датчика з механічною системою
спрацьовування
Три стрижні (ролики), розташовані на однаковій відстані один від
одного, спираються на шість кульок з карбіду вольфраму, що забезпечують
шість точок контакту у системі точного базування. За допомогою цих
57
контактів формується електричний ланцюг. Підпружинений механізм
дозволяє щупу датчика відхилятися при зіткненні з поверхнею деталі та
забезпечує повернення датчика у вихідне положення з точністю в межах 1
мкм, коли щуп відводиться від поверхні (за відсутності торкання).
При навантаженні пружини створюються плями контакту, якими може
текти струм. Протидіючі сили у механізмі датчика призводять до зменшення
деяких плям контакту, внаслідок чого підвищується опір таких елементів.
При контакті (дотику) з деталлю змінна сила, що впливає на пляму контакту,
вимірюється як зміна електричного опору. Коли опір перевищує деяке
граничне значення, на виході датчика подається сигнал про спрацьовування.
Вид в розрізі Вид зверху
Сила протидії
Напрям
руху Точне базування
верстату стержня і кульки
зусилля при
контакті
Кінематичний
механізм в розрізі
Проходження струму
через кінематичний Площа контакту
механізм зменшується при
збільшенні зусилля
Рис.2.3 - Конструкція резистивного контактного датчика з механічною
системою спрацьовування
58
2.2.2 Розробка конструкції пристрою торцевого тертя для дослідження
процесу зношування різального інструменту
Для дослідження процесу зносу решітки була спроектована і зібрана
установка (Додаток3) на основі решітки побутової м’ясорубки. З причини
складності проведення експерименту безпосередньо у м’ясному середовищі
був використаний розчин 1, що моделює м’ясне середовище. М’ясний сік і
яловичий жир в масовому співвідношенні 10:1. Цей розчин з достатньою
точністю повторює хімічний склад м’ясного середовища і її активність (pH
5,6), таким чином відпадає необхідність застосовувати емульгатори та
стабілізатори, роль яких виконують білкові речовини, що входять у склад
білкового соку.
Зносостійкість зразків досліджувалась за допомогою вертикально-
свердлильного верстату 2Н125. Схема установки зображена на рис.2.4. В
якості дослідних зразків були вибрані решітки для побутової м’ясорубки 4, що
нерухомо закріплені в корпусі з трьох шліфованих пластин 1,2,3, які скріплені
між собою з допомогою двох штифтів 7,8. Співвісність центрального отвору
решітки та осі обертання шпинделя верстату забезпечується за допомогою
пазів в пластинах. Робочий тиск на поверхню решітки, що ідентичний тиску в
різальному вузлі вовчка, здійснюємо з допомогою вантажу прикріпленим до
штурвалу верстату. Таким чином зусилля передається через свердлильний
патрон 6 на ніж 11, що обертається з частотою 500 об/хв. Установка кріпиться
до стола верстату з допомогою двох болтів 9,10.
59
Рис. 2.4– Конструкція установки тертя
Визначаємо найбільшу лінійну швидкість ножа вовчка К6-ФВП-160:
V 2Rn 2 0,0755 2,35м/с
Розраховуємо діаметр дослідного зразка, вибираючи частоту обертів
шпинделя n=500об/хв. :
V 2,35
d 0,045 м
2n 2 3,14 8,3
Розрахуємо тиск в ріжучому вузлі:
Приймаємо розрахункове зусилля на різальний вузол F=20кН, при діаметрі
решітки 200мм, тоді
F 20 103
P 1,64 мПа
Sж. р.вуз. 0,0122
Коефіцієнт використання робочої площі дослідної решітки:
n 2 2
отв. d отв. 18 0,007
в. р. 0,41
D2 2 2 2
р.отв. р. d р.отв. р. 0,047 0,008
Розраховуємо площу решітки для експерименту:
60
Sж.р.вуз. в.р. Sр.пл. 0,410,0017 0,0007 м2
Розрахуємо зусилля на поверхню дослідного зразка:
F P Sзр 1,64 106 0,0007 1148 Н
Вага вантажу, що потрібно підвісити до штурвалу верстату:
1148 0,1
Fв 287Н
0,4
328
m 28,7кг
9,8
2.4 Результати наукових досліджень
З метою визначення впливу зміцнення на довговічність робочих поверхонь
решітки та вибору найбільш оптимальних режимів зміцнення було проведено
лабораторні дослідження зразків після карбонітрації, нітроцементації та
цементації .
0,025
0,02
0,015
0,01
0,005
0
0 50 100 150 200 250 300 350
Кількість обертів ножа, тис
Режим 1 Режим 2
Рис. 2.5 Залежність величини зношування решітки в залежності від
режимів зміцнювальної обробки при цементації
Режим 1. Робоча температура 950 °С. Час витримки 1 година.
Режим 2. Робоча температура 850 °С. Час витримки 2 години.
61
Зношування решітки, мм
0,014
0,012
0,01
0,008
0,006
0,004
0,002
0
0 50 100 150 200 250 300 350
Кількість обертів ножа, тис
Режим 1 Режим 2
Рис. 2.6 Залежність величини зношування решітки в залежності від
режимів зміцнювальної обробки при нітроцементації
Режим 1. Робоча температура 850 °С. Час витримки 2 години. В якості
карбюризатора використовувався триетаноламін.
Режим 2. Робоча температура 830 °С. Час витримки 6 години. В якості
карбюризатора використовувався триетаноламін.
0,014
0,012
0,01
0,008
0,006
0,004
0,002
0
0 50 100 150 200 250 300 350
Кількість обертів ножа, тис
Режим 1 Режим 2
Рис 2.7 Залежність величини зношування решітки в залежності від
режимів зміцнювальної обробки при карбонітрації
Режим 1. Робоча температура 560 ° С. Час витримки температурі 20хв.
Режим 2. Робоча температура 540 ° С. Час витримки температурі 25хв.
62
Зношування решітки, мм Зношування решітки, мм
0,045
0,04
0,035
0,03
0,025
0,02
0,015
0,01
0,005
0
0 50 100 150 200 250 300 350
Кількість обертів ножа, тис
Без зміц. обробки Цементація Нітроцементація Карбонітрація
Рис. 2.8 Залежність величини зношування решітки в залежності від
методів зміцнювальної обробки
Розділ 3 Охорона праці та безпека прийнятих рішень
3.1 Вимоги безпеки до конструкцій вовчків
М'ясорубки і вовчки належать до найширше вживаних машин
м'ясопереробних виробництв і підприємств громадського харчування. Саме за
допомогою вказаних пристроїв виконують подрібнення м'ясної сировини,
використовуваної для виробництва ковбасних виробів, м'ясних
напівфабрикатів фаршів, а також продуктів фаршів повної кулінарної
готовності. Як і інше м'ясорізальне устаткування, м'ясорубки і вовчки є
об'єктами підвищеної небезпеки для операторів і інших працівників, що
здійснюють технічне обслуговування цих машин. Саме тому виключно
поважно знати і дотримувати всі писані і неписані вимоги безпеки — і при
розробці конструкцій м'ясорубок і вовчків, і при їх монтажі і введенні в
експлуатацію, і безпосередньо під час виконання виробничих операцій.
63
Зношування решітки, мм
Інший важливий аспект використання м'ясорубок і вовчків —
необхідність повного і усвідомленого виконання вимог гігієни і виробничої
санітарії. Будь-які відхилення від встановлених санітарних правил поводження
з термічно необробленою м'ясною сировиною, а також правил миття і
дезинфекції устаткування небезпечні не лише для життя і здоров'я
співробітників підприємств, але і для численних споживачів м'ясної продукції,
на цих підприємствах тієї, що випускається.
Прикладом сучасного міжнародного стандарту, що регламентує безпеку
праці і санітарні вимоги в м'ясопереробній промисловості, є стандарт
Європейського комітету із стандартизації EN 12331:2003 «Food processing
machinery — Mincing machines — Safety and hygiene requirements»
(Устаткування для виробництва харчових продуктів — Машини для
подрібнення у фарш — Вимоги безпеки і гігієни — переказ авт.). Стандарти
EN вводяться в дію як національні стандарти держав — членів Європейського
комітету із стандартизації (скорочено CEN) і мають тому подвійне позначення
— BS EN у Великобританії, DIN EN в Германії, EVS EN в Естонії і так далі
Стандарти EN видаються на трьох офіційних мовах — англійському,
французькому і німецькому, а також на мовах країн-членів CEN. Авторитетні
стандарти EN активно використовуються як у вітчизняній стандартизації, так
і в системі стандартизації наших російських сусідів, тому все частіше
зустрічаються стандарти ДСТУ EN і ГОСТ Р (EN), тобто національні стандарти,
гармонізовані з європейськими.
64
Рис. 3.1. Подрібнювачі, що використовуються для приготування фаршу:
1) фіксуюча гайка; 2) решітка; 3) ніж; 4) шнек; 5) горловина шнеку; 6)
завантажувальна горловина; 7) штовхач; 8) пластина – обмежувач; 9)
лоток; 10) вимикач та захисний кожух; 11) сировинна порожнина; 12)
завантажувальний бункер; 13) живлячий шнек; 14) кришка, вимикач та
захисний кожух; 15) фіксуюча гайка; 16) захисний кожух; 17) шнек; 18)
рама.
Положення стандарту EN 12331:2003 розповсюджуються на
подрібнювачі (рис. 3.1), використовувані для приготування фаршу у
виробничих приміщеннях малих підприємств і підприємств громадського
харчування, в спеціалізованих ковбасних цехах і на крупних промислових
підприємствах, і що відносять до наступних 4 типах машин: 1) до м'ясорубок з
сировинним лотком, горловиною подачі діаметром до 52 мм і штовхачем, 2) до
таких же машин з горловиною подачі діаметром понад 52 мм, 3) до вовчків з
сировинним бункером, з подаючим шнеком, з кришкою і (необов'язково) з
подаючим шнеком; 4) до вовчків з сировинним бункером, з подаючим шнеком,
з кришкою (необов'язково), з подаючим шнеком (необов'язково) і із
завантажувальним пристроєм безперервної або періодичної дії. Далі,
скорочено викладу, використовуваний в стандарті термін «Mincing machine»
перекладатимемо як вовчок.
65
Авторами стандарту складений докладний перелік зон (рис. 3.2), де
життя і здоров'я персоналу, що експлуатує і обслуговуючого вовчки, може
наражатися на небезпеку. Небезпека травм для рук і пальців працівників
представляє шнек під завантажувальною горловиною (зона 1) і шнек під
завантажувальним бункером (зона 2). Пальці можуть піддатися травмі в зоні
3, де фарш вивантажується з машини. Травмами рук і ніг чреваті роботи в зоні
4, виконувані при установці і знятті ріжучого комплекту і робочого шнека.
Джерелом травм рук і пальців можуть бути приводи робочого і подаючого
шнеків, а також шнека-перетрушувача (зона 5). Такі ж травми можна отримати
в зоні 6 при випадковому або навмисному закриванні кришки. Якщо вовчок
забезпечений завантажувальним пристроєм, небезпечною є зона 7 під
вантажною ємкістю, де травми тіла можна отримати під час штатного або
аварійного її опускання. Пальці і руки працівників можуть бути травмовані в
зоні 8 при попаданні між рухливими і нерухомими частками підйомно-
опускного механізму, в зоні 9 при контакті з елементами приводу вказаного
механізму (шківами, ланцюгами, тросами і ін.), а також в зоні 10 розвантажень
вантажної ємкості. Механічні травми можливі також в разі руйнування або
перекидання машини.
Рис. 3.2. Схема розташування зон механічної небезпеки
66
Чинниками небезпеки також є можливість ураження електричним
струмом, шум, дія двоокису вуглецю, азоту або пари. Нарівні з вказаними
автори стандарту відносять до небезпечних чинників також порушення
принципів ергономіки: необхідність знаходитися в незручній позі, додаток
зайвих фізичних зусиль, неналежний облік анатомії кінцівок людини при
розробці конструкції машини. Групу чинників небезпеки, що виникають при
порушенні правил санітарії і гігієни, складають мікробіологічні чинники
(небезпека псування продукту, небезпека харчових отруєнь споживачів),
хімічні чинники (небезпека, що викликається попаданням в продукт миючих і
дезинфікуючих речовин з подальшим нанесенням шкоди здорові споживачів)
і фізичні (небезпека попадання в продукт сторонніх предметів з сировини,
конструкцій устаткування або інших джерел).
Особливо детально розроблені норми, що вводяться стандартом,
відносяться до зон механічної небезпеки. Для зони 1 (вовчки без механічної
подачі) встановлено, що відстань між верхнім зрізом завантажувальної
горловини і верхньою точкою спіралі робочого шнека не має бути менше 100
мм для горловини, діаметр якої не перевищує 46 мм, або 120 мм — для
горловини з діаметром від 46 до 52 мм. Для вовчків з горловиною діаметром
більше 52 мм обов'язковим є наявність пластини-обмежувача. І сировинний
лоток, і пластина-обмежувач можуть виконуватися як стаціонарними, так і
знімними.
Якщо вказані вузли виконані в знімному варіанті, має бути передбачена
система зупинки робочого шнека протягом 2 з (на холостому ходу) при спробі
їх демонтажу. На мал. 3 і 4 представлені конструктивні схеми
завантажувальної горловини з вказівкою відстаней, що забезпечують безпечну
роботу персоналу в зоні 1.
67
Рис.3.3 Безпечна конструкція Рис.3.4. Безпечна конструкція
завантажувальної горловини: завантажувальної горловини:
1 – середня частина руки; 2 - 3 – передпліччя; 4 - кість
палець; H < 40 мм; L >120 мм; руки; H = 40 мм; Н1<120 мм; L
U >40 мм; D < 52 мм; F < 85 >230 мм; U >40 мм; D < 52 мм;
мм. F < 200 мм.
Для забезпечення безпеки в зоні 2 (сировинний бункер — мал. 3.5 і 3.6)
стандартом передбачено виконувати бункер закритим, або забезпечувати
кришкою. При спробі відкрити кришку піднімання
її краю на 50 мм повинне служити сигналом для зупинки робочого шнека
(протягом 4 з — при роботі без сировини). Якщо
бункер виконаний відкритим, а кришка не може бути передбачена із-за
особливостей технологічного процесу (наприклад, при безперервній роботі),
конструкція вовчка повинна перешкоджати доступу оператора до сировинного
бункера при працюючому механізмі. Зокрема, при спробі піднятися до бункера
по ступенях або стати на платформу обслуговування обертання шнека в
бункері повинне припинятися протягом 4 з (на неодруженому ходу) після
спрацьовування датчика.
68
Зовнішні елементи конструкції вовчка мають бути гладкими, щоб
неможливо було підійнятися до небезпечної зони поблизу бункера.
Конструкція вовчка без кришки повинна передбачати такі елементи захисту,
як нажимна планка-блокувальник світловий бар'єр або захисні грати, дія на
яких повинна супроводжуватись відключенням шнека в бункері протягом 3 з
(для вовчків з діаметром грат не більше 160 мм) або протягом 4 з (для вовчків
з діаметром грат більше 160 мм).
Рис. 3.5. Безпечна конструкція вовчка із відкритим сировинним
бункером, механічною планкою-блокувальником,
світловим бар’єром та щаблем, що має блокування:
1 – механічна планка-блокувальник; 2 - щабель, що має блокування; H1
> 1600 мм; Н2 > 1100 мм; Н3 > 500 мм із проміжним щаблем; Н1+D1+E
>2250 мм; Н1+H2+D1+E1 >40 мм.
69
Рис. 3.6. Безпечна конструкція вовчка із відкритим сировинним
бункером, захисною решіткою та нерухомим щаблем:
1 – світловий бар’єр або знімна захисна решітка; 2 – нерухомий щабель;
H1 > 1600 мм; Н2 > 1100 мм; Н3 > 500 мм із проміжним щаблем; Н4 > 1600
мм; Н1+D+E >2250 мм; Н4++D1+E1 > 2250 мм.
Для захисту тих, що працюють в зоні небезпеки 3 місце вивантаження
фаршу має бути забезпечене захисними гратами або захисним кожухом (мал.
3.7). Захисні грати встановлюють після останніх грат ріжучого комплекту
вовчка, причому їх форма має бути такою, щоб ніякі інші грати не могли бути
встановлена на їх місці. Діаметр отворів захисних грат не повинен
перевищувати 8 мм, а її товщина має бути не менше 5 мм. Застосування
захисного кожуха на вивантаженні обов'язково, якщо діаметр отворів вихідних
грат вовчка складає не менше 8 мм. Захисний кожух має бути забезпечений
блокуванням, що забезпечує зупинку робочого шнека протягом 2 з після зсуву
захисного кожуха з позиції «закрито» на 50 мм.
70
Для безпеки виконання робіт по зніманню або по установці робочого
шнека і ріжучого комплекту (зона 4) вовчки з гратами діаметром більше 106
мм повинні забезпечуватися спеціальними знімачами, а витягання ріжучого
комплекту з горловини вовчка з гратами меншого діаметру може бути
здійснене за допомогою кліщів.
Доступ до елементів приводу вовчка (зона 5) обмежують, застосовуючи
кришки і огорожі. Якщо ці елементи виконані знімними, має бути передбачена
система блокування приводу при спробі їх відкриття.
Рис. 3.7. Захисний кожух вивантаження фаршу з вовчка:
1 – захисний кожух; D – діаметр отворів останньої решітки різального
комплекту, мм; L1> 1,8D мм; L2>1,2D; U < 50 мм.
Кришка сировинного бункера (зона небезпеки 6) може відкриватися і
закриватися уручну або за допомогою спеціального приводу. У ручному
варіанті вузол кришки має бути забезпечений противагою або пружинним
механізмом, що запобігає її мимовільному закриванню. Зусилля, що
витрачається на відкриття/закривання кришки не повинно перевищувати 250
Н. Прі використанні кришки із спеціальним приводом, рух кришки повинен
припинятися при будь-якому збої в роботі механізму. З моменту опускання
71
кришки до відмітки 200 мм від верхнього краю бункера швидкість
механічного закривання не повинна перевищувати 50 мм/с.
Правила безпеки встановлені стандартом також для підйомних
завантажувальних пристроїв (зони 7-10). Ці правила стосуються захисту від
перевантаження, захисту від випадкового падіння візка або контейнера,
необхідності пристрою захисних огорож рухомих часток і ін. Наявність
завантажувальних пристроїв необхідна, якщо відстань від підлоги до верхнього
краю сировинного бункера перевищує 1400 мм.
Правила електробезпеки, обов'язкові для виконання при розробці
конструкцій вовчків, цілком типові для м'ясопереробного устаткування і
включають положення про наявність аварійної кнопки «СТОП» і захисних
кожухів, що оберігають елементи системи контролю і управління від
попадання вологи при митті. Також обов'язковою є наявність кнопок
включення і виключення безпосередньо на корпусі машини в зоні роботи
оператора.
Рис. 3.8. Пристрій для транспортування
робочого шнеку та елементів різального комплекту :
1 – шнек; 2 – ножі та решітки; 3 – візок; 4 – колеса візка із гальмівними
пристосуваннями.
72
До ергономічних вимог, що встановлюються стандартом, відноситься
наявність пристосувань (мал. 3.8), полегшуючу установку і транспортування
робочого шнека і елементів ріжучого комплекту у разі, коли маса вказаних
вузлів і деталей перевищує 25 кг
Конструкція вовчка повинна забезпечувати легкість і зручність
очищення і санітарної обробки. Відповідні вимоги до поверхонь і
конструктивних елементів машини залежать від того, до якої зони —
харчовою, проміжною або нехарчовою — відносяться конкретні деталі і вузли
(мал. 9).
Рис. 3.9. Конструктивні зони вовчка, що визначаються характером
контакту із продуктом.
Харчову зону складають поверхні, що контактують з харчовим
продуктом в процесі роботи, а також поверхні, яких частка продукту може
торкнутися і потім приєднатися до основної його маси. Щодо харчової зони
висуваються підвищені вимоги до радіусів гнучкі і радіусам зачистки зварних
швів, профілям канавок і ін. Чистота обробки поверхонь має бути не нижче Rz
25, а за наявності технічної можливості — не нижче Rz 16. Поверхні харчової
73
зони мають бути виконані з металів і неметалічних матеріалів, дозволених до
контакту з харчовою середою. До харчової зони відносяться:
• внутрішні поверхні сировинного лотка;
• внутрішня частка завантажувальної горловини;
• пластина-обмежувач;
• внутрішня частка і краї сировинного бункера;
• живлячий шнек;
• внутрішня поверхня горловини;
• робочий шнек;
• приймальні грати;
• ніж;
• ріжучі грати;
• затискна гайка;
• внутрішня поверхня кришки;
•гратчаста кришка з прутків або перфорована кришка — усередині і зовні;
• електричний датчик системи захисту;
• захисні грати;
• закритий захисний кожух — усередині;
• захисний кожух з лозин або перфорованого листа — усередині і зовні;
• штовхач.
Декілька нижче за вимогу до поверхонь проміжної зони (або зони
розбризкування). На поверхні цієї зони харчова маса може потрапити при
розбризкуванні в процесі обробки або організувати потік, який згодом не
приєднається до основного потоку продукту. До проміжної зони відносяться
наступні вузли і деталі вовчків:
• корпус машини — зовні;
• горловина — зовні;
• кришка — зовні (у закритому стані);
• захисний кожух — зовні (у закритому стані);
• транспортний візок.
74
Поверхні нехарчової зони не контактують з харчовим продуктом, проте
вони також мають бути, по можливості, гладкими, а при їх конструюванні слід
уникати канавок, кутів, отворів, з'єднань. Внутрішні порожнини, що
відносяться до нехарчової зони, мають бути достатньо великими, щоб
забезпечити можливість їх очищення і, при необхідності, дезинфекції.
Нехарчову зону складають наступні вузли і деталі:
• ступінь;
• платформа;
• підйомник;
• перекидач;
• всі інші поверхні.
Європейський стандарт EN 12331:2003 «Устаткування для виробництва
харчових продуктів — Машини для подрібнення у фарш — Вимоги безпеки і
гігієни» постійно доповнюється і удосконалюється. У 2010 р. до цього
нормативного документа були внесені зміни, що в тій чи іншій мірі торкнулися
всіх його розділів, і, згідно прийнятої Європейським комітетом із
стандартизації CEN системі позначень, стандарт до внесення чергових змін
позначається EN 12331:2003+А2:2010. Цей стандарт гармонізований
російськими колегами, що розробили ГОСТ Р 53895-2010 (EN 12331:2003)
«Машин і устаткування для харчової промисловості. Дзиги. Вимоги по безпеці
і гігієні», який вводиться в дію з 01.01.2012 р.
В Україні також планується здійснити гармонізацію вказаного
європейського стандарту — пропозиція про розробку національного стандарту
ДСТУ EN 1233V.20XX «Устаткування для переробки харчових продуктів.
Вовчки. Вимоги безпеки» подане для включення в План національної
стандартизації на 2012 р.
3.2 Аналіз запиленості та загазованості
При виготовленні ковбасних виробів за прийнятою технологічною
схемою використовується наступне технологічне обладнання:
75
– Вертикальні достигачі;
– Шнекові живильники;
– Ваговий бункер;
– Мірний циліндр;
– Вовчки;
– Колоїдний млин;
– Вакуумний шприц;
– Стіл.
Устаткування, що використовується на даній дільниці може створювати
наступні шкідливі фактори:
Таблиця 3.1 – Шкідливі фактори, які створюються обладнанням
Вид Запиленість/ Шум Вібрація Ураження Можливість
обладнання загазованість ел. механічного
струмом ушкодження
1 2 3 4 5 6
Вертикальні
-/ - + + +
достигачі
Шнекові
-/ + + + +
живильники
Ваговий
-/- + + + +
бункер
Мірний
-/- - + + +
циліндр
Вовчок -/- + + + +
1 2 3 4 5 6
Колоїдний
-/- + + + +
млин
Вакуумний
-/- + + + +
шприц
76
За технікою безпеки роботи на даних типах обладнання небезпечними
факторами є:
Потоки тепло- та хладоносіїв;
Робочі органи вовчка, які здійснюють прості просторові рухи;
Джерела електричного струму;
Обертові шнеки живильників;
Рухомі елементи вагового бункера;
Швидкообертовий ротор колоїдного млина;
Обертові шнеки вакуумного шприця;
Елементи приводів живильників, вагового бункера, достигачів,
технологічного устаткування.
До робочих органів яких, з точки зору безпеки життєдіяльності,
висуваються наступні вимоги:
– обслуговуючий персонал перед роботою має бути відповідним чином
проінструктований;
– забороняється проводити обслуговування, наладку та ремонтні роботи
при працюючому обладнанні тощо;
Використовуване технологічне обладнання відрізняється тим, що не
створює небезпеки з точки зору вимог по запиленості та загазованості. Але
для забезпечення заданого рівня запиленості передбачаю використання
стандартної витяжної вентиляції та стандартних місцевих витяжних
систем. Гранично допустимі концентрації (ГДК) речовин, які
використовуються при митті та дезинфекції виробничого устаткування,
вмісту цих шкідливостей в повітрі концентрації встановлюються по ГОСТ
12.1.005-88 і наведені в таблиці 3.2.
77
Таблиця 3.2 – Загазованість повітряного середовища
Величина ГДК мг/м3
Назва речовини
ГОСТ 12.1.005-88
Синтетичні миючі засоби 5
Хлор 1
Як видно з таблиці рівень загазованості не перевищує норми.
3.3 Аналіз мікроклімату
Умови мікроклімату визначаються для робочої зони на висоті 2м на рівні
підлоги в відповідності з вимогами ГОСТ 12.1.005–88 „ССТБ. Воздух рабочей
зоны. Общие санитарно–гигиенические требования”. Значення допустимих
значень параметрів мікроклімату відповідають категорії важкості-І .
Мікрокліматичні умови знаходяться в межах норми.
Допускаються нормовані величини:
в холодну пору року:
- температура 16-18С (13-19)˚С
- відносна вологість не більше 75% (40-60) %
- швидкість руху повітря не більше 0,3 м/с.(≤0,5)
в теплу пору року:
- температура не більше 18-20С (15-26) С
- відносна вологість не більше 65% (40-60) ) %
- швидкість руху повітря не більше 0,2÷0,6 м/с. згідно ГОСТ 12.1.005-88.
78
3.4 Аналіз освітлення
Найбільш несприятлива ситуація на дільниці з освітленням. Через те що,
тільки одна сторона дільниці має два вікна площа яких становить 5...15% від
загальної площі ділянки, то його частка в освітленні приміщення не
перевищує 20...30% загального світлового потоку. Збільшувати площу вікон
не технологічно, так як це основне джерело пилу і вологи, які потрапляють
на дільницю.
В процесі обробки даної деталі використовується природнє освітлення.
Згiдно СНиП II-4-79 роботи, якi виконуються в процесі обробки вiдносяться
до категорії робіт середньої точності (III розряд, об'єкт розпiзнавання
0,3...0,5мм).
3.5 Аналіз шуму та вібрації
Шум видів устаткування, яке використовується, має середньочастотний
характер. Основними джерелами шуму та вiбрацiй є: електродвигуни привоід
мішалок, електродвигуни насосів, електродвигуни приводів, зубчасті
передачi редукторiв приводів, пiдшипниковi вузли, подача тепло- та хладо
агентів, подача мийно-дезинфікуючих засобів, процес миття обладнання та
безпосередньо сам процес обробки. Вiдповiдно до ГОСТ 12.1.003-83
допустимий рiвень шуму складає 80 дБа. Значення в межах норми.
Рівень вібрації не повинен перевищувати 92 дБ за ГОСТ 12.1.012-90.
Для зниження вiбрацiї все обладнання встановлене на вiброiзолюючi опори.
При роботі обладнання в цеху створюється шум, який є шкідливим фактором
впливу на людей, працюючих на дільниці. Шум нормується згідно ГОСТ
12.1.003.
Нормувальне значення шуму в цеху наведено в таблиці 3.4.
79
Таблиця 3.4 - Допустимий рівень шуму.
Допустимий
Дільниця Джерело шуму
рівень шуму, дБа
Приймання та первинної
Пили, конвейери 80
обробки сировини
Дозатори, мішалки,
Механічної обробки сировини 80
вовчки, емульситатор
Теплової обробки сировини Термокамери 80
Шкідливим фактором також є вібрація, виникаюча при роботі обладнання
внаслідок наявності неврівноважених силових дій. Вібрація нормується по
ГОСТ 12.1.02.
Допустима норма вібрації та її значення на робочих місцях в цеху
приведено в таблиці 3.5.
Таблиця 3.5 - Вібрація на робочих місцях
Допустима
норма вібрації на
Дільниці Джерело вібрації
робочому місці,
дБ
Приймання та первинної обробки
Пили, конвейери 92
сировини
Дозатори, мішалки,
Механічної обробки сировини 92
вовчки, емульситатор
Теплової обробки сировини Термокамери 92
80
3.6 Аналіз пожежної безпеки
Для запобiгання пожежi необхідно передбачити:
-захист електрообладнання вiд струмiв короткого замикання плавкими
запобiжниками;
- захист електроприладiв вiд перенавантаження , тобто , автоматичне
вiдключення їх вiд мережi;
- розміщення вогнегасників ОУ-5, ОВП(ОП);
- розміщення пожежних щитів;
- вибирати електрообладнання - закритого типу .
На дiльницях необхідно передбачити спеціалізовані місця, де будуть
розташовані засоби гасіння пожежi. Також необхідно передбачити шляхи для
евакуацiї шириною не менш 3м. Вiдстань вiд робочого мiсця до виходу не
повинна первищувати 35 м.
3.7 Аналіз електробезпеки загальний
Електрозабезпечення машин здійснюється від 3-х фазної 4-х провiдної
мережі напругою 380/220В. Дiльниці, на яких встановлено використане в
техпроцесі обладнання, по небезпецi враження електричним струмом,
вiдносяться до II класу: примiщення з пiдвищеною небезпекою за ПУЕ-86,
тому що підлога їх виконана з залізо-бетону, який проводить струм. Для
забезпечення безпечної експлуатацiї обладнання на дiльницях, необхідно щоб:
- провiдники, кабелi, якi здiйснюють електроживлення були прокладенi в
металевих трубах;
- електричнi провiдники мали вiдповiднi кольори, щодо їх призначення та
були ізольованими ;
- верстати мали заземлення, занулення, захисне відключення, блокування ;
- використовувалася мала напруга (U=24 В) для свiтильникiв мiсцевого
призначення ;
81
- дверi шаф з електрообладнанням були зблокованi з аварiйним вимикачем
таким чином, щоб усунути можливiсть їх вiдкривання при включеному
вхiдному вимикачi;
- контактнi зажими вхiдних вимикачiв, якi призначенi для приєднання
проводiв, що йдуть вiд джерела струму, були закритi кришками з iзоляцiйного
матерiалу;
- верстати мали кнопку аварiйного вiдключення;
-були встановлені відповідні знаки безпеки (на дверях електрошаф) та
попереджувальнi написи;
-використовувались гумові килимки або дерев'янi пiдставки
3.8 Електробезпека
Основними заходами захисту від ураження електричним струмом на
дільниці:
- забезпечення недоступності струмоведучих частин;
- пристрій захисного заземлення та автоматичного відключення;
- використання захисних засобів при обслуговуванні
електрообладння;
- гумові покриття;
- дерев'яні решітки.
Місце в яких виникає небезпека ураження електричним струмом на
дільниці позначені попереджувальними знаками і надписами, проводиться
інструктаж по електробезпеці.
3.9 Захист від обертаючих та рухомих частин обладнання
Приміщення для встановлення обладнання повинно задовольняти
наступним вимогам:
а) площа, що необхідна для встановлення та обслуговування машини
16,1 м2 (4,75х3,4);
б) можливість виконання ремонту та огляду машини, для чого між
82
стінкою та машиною повинен бути прохід шириною не менше 0,8 м;
в) водостійка підлога;
г) наявність силового електричного вводу та контуру заземлення.
При розміщенні виробничого устаткування не повинно залишатися
місць, не доступних для миття і санітарної обробки. Виробниче устаткування
не повинно загороджувати віконні отвори і знижувати освітленість робочих
місць.
При розміщенні технологічного устаткування повинні додержуватися
такі норми проходів і відстаней:
відстань між устаткуванням і стіною за наявності робочих місць між
ними - не менше ніж 1,4 м, за відсутності їх - не менше ніж 1,0 м;
відстань між частинами устаткування, що виступають, з
урахуванням одностороннього проходу - не менше ніж 0,8 м;
відстань між частинами устаткування, що виступають, де не
потребується їх ремонт і не передбачається рух людей - не менше 0,5 м;
відстань від верху устаткування до низу балок (при установленні
поміж балками) - не менше ніж 0,2 м;
відстань між устаткуванням при установленні його фронтами одно
до другого - не менше ніж 1,5 м;
проходи між устаткуванням для обслуговування і ремонту, а також
проходи між устаткуванням і стінами - шириною не меншою ніж 1,0 м,
за наявності робочих місць між ними - 1,4 м.
Органи керування виробничим устаткуванням повинні розташовуватись
у робочій зоні так, щоб не утрудняти виконання технологічних операцій,
приводитись у дію зусиллями, що не перевищують встановлених
відповідними нормами. Мінімальна довжина робочого місця повинна бути 0,8
м на одного працюючого, при використанні допоміжних пристроїв (підносів,
ящиків тощо) - не менша ніж 1,4 м. Сигнальні лампи на розподільних щитах
83
біля робочих місць повинні мати написи, що зазначають характер сигналу.
Сигнально-попереджувальне пофарбування небезпечних елементів
технологічного устаткування повинно відповідати вимогам ГОСТ 12.4.026-
76*.
У процесі роботи устаткування не дозволяється проштовхувати
сировину до робочих органів руками, для цього потрібно використовувати
спеціальний інвентар (дерев`яні проштовхувачі, лопатки тощо).
Обслуговуючий персонал повинен: виконувати інструкції з охорони
праці та пожежної безпеки; не залишати робоче місце при працюючій машині
чи механізмі; курити і вживати їжу тільки в спеціально відведених і
обладнаних для цього місцях; слідкувати за чистотою робочого місця і
проходів; у разі нещасного випадку терміново звертатись у медпункт і
повідомляти завідувача дільниці чи начальника цеху про травму.
Об`єм виробничих приміщень на кожного працюючого повинен бути не
менший ніж 15 м3, а площа не менша ніж 4,5 м2. У цехах, що виробляють
харчові продукти, і приміщеннях санітарного блоку панелі стін і колони
повинні бути облицьовані глазурованою плиткою або пофарбовані масляною
фарбою світлих відтінків на висоту не менше ніж 2,0 м.
Підлога в усіх приміщеннях повинна бути без щілин і вибоїв і покрита
водонепроникними матеріалами з ухилом убік трапів не менше ніж 0,03,
розміщених осторонь від робочих місць і проходів.
Розміщення устаткування повинно виконуватися так, щоб були створені
умови, які забезпечують проведення ветеринарно-санітарного контролю за
виробничими процесами, якістю сировини і готової продукції, а також
можливість миття, прибирання і дезінфекції.
84
Висновки
Для досягнення поставленої мети в роботі були вирішені такі задачі:
- проаналізовано стан і надана оцінка факторам небезпеки харчових
продуктів, що переробляються у вовчку К6-ФВП-160;
- експериментальним шляхом досліджено спрацювання різального
інструменту вовчка з метою створення можливості прогнозування
забрудненості фаршу продуктами зношування;
- проаналізовано відомі способи підвищення зносостійкості
різального інструменту вовчків;
- запропоновано новий спосіб підвищення зносостійкості решіток
вовчка, експериментально досліджено вплив різних методів зміцнення
решіток вовчка, що виготовлені зі сталі 40Х, на підвищення їх довговічності.
При використанні таких режимів обробки відмічено підвищення довговічності
до 2 разів для решіток вовчка, що були зміцнені методом цементації, до 2,8
разів для решіток вовчка, що були зміцнені методом нітроцементації, до 4
разів для решіток вовчка, що були зміцнені методом карбоніт рації;
- на основі вивчення передового досвіду виробників вовчків
запропоноване нове конструктивне виконання елементів приводу, здатне
запобігти забрудненню фаршу мастильними матеріалами приводу вовчка;
- очікуваний річний економічний ефект від впровадження
запропонованих рішень, який враховує підвищення якості та безпеки
отримуваних ковбасних виробів для споживачів, становить близько 150 тис.
грн.
Проведений аналіз конструкції вовчка дозволив модернізувати
конструкції робочих органів вовчка, вузлів і агрегатів згідно норм гігієнічного
проектування. Модернізована конструкція дозволяє підвищити якість
оброблюваної сировини, забезпечує легший доступ для миття та дезінфекції
робочої зони, збільшує довговічність їх робочих органів, зменшує шкідливі
домішки в складі фаршу.
Література
85
1. Андрианов, А. С. Определение динамических нагрузок волчка / А. С.
Андрианов, Г. А. Мартынов, Г. Н. Крючков // Мясная индустрия СССР.
1981. - № 5. - С. 32–42.
2. Прейс, Г.А.Повышение износостойкости оборудования пищевой
промышленности. / Г.А. Прейс, Н.А. Сологуб, А.И. Некоз. – М.:
Машиностроение, 1979. – 239 с.
3. Орлов, П. И. Основы конструирования: Справочно-методическое
пособие. В 2-х кн. – Изд. 3-е, испр. / П. И. Орлов. – М.: Машиностроение,
1988. – 560 с.
4. Евдокимов В.Д., Клименко Л.П., Евдокимова А.Н.
Технология упрочнения машиностроительных материалов: Учебное
пособие-справочник / Под редакцией д.т.н., проф.
В.Д. Евдокимова. – Одесса Николаев: Изд-во НГГУ им. Петра Могилы,
2005.–352с.
5. Сухенко, В. Ю. Обґрунтування основ забезпечення зносостійкості
м'ясорізальних інструментів / В. Ю. Сухенко. // Проблеми тертя та
зношування. - 2012. - №57. - С. 76-92.
6. Ясь, Д. С. Испытание на трение и износ. Методы и оборудование / Д.
С.Ясь, В. Б.Подмоков, Н. С. Дяденко. – К.: Техника, 1971. – 140 с.
7. Илюхин В. В. Процессы изнашивания системы «нож – решетка» в
волчках. / В. В. Илюхин. // Мясные технологии. – 2011. – №2. – С. 36 –
38.
8. Чижикова, Т. В.Упрочнение быстроизнашивающихся решеток
измельчителей мясного сырья / Т. В.Чижикова, В. К. Седунов // Мясная
индустрия СССР.-1985.-№3.-С. 23-26.
9. CCFRA (1992) “The principles of design for hygienic food processing
machinery”, Technical Memorandum No. 289, prepared by the Hygienic
Design Working Party, Campden Food & Drink Research Association (now
Campden BRI), Chipping Campden, Gloucestershire GL55 6LD, England.
Reprinted 1992.
86
10. CCFRA (1983) “Hygienic design of food processing equipment”, Technical
Manual No. 7, prepared by the Working Party on Hygienic Design of the Heat
Preserved Foods Panel, Campden Food & Drink Research Association (now
Campden BRI), Chipping Campden, Gloucestershire GL55 6LD, England.
Reprinted 1992.
11. Lilieveld, H.L.M., Mostert, M.A. and Curiel, G.L. (2003) “Hygienic
equipment design”, Chapter 8 in “Hygiene in food processing”, (eds)
Lilieveld, H.L.M., Mostert, M.A., Holah, J. and White, B., Woodhead,
Cambridge, England.
Додаток 1
87
Додаток 2
88
Додаток 3
89
Додаток 4
90
91
92
93
94
95
Додаток 5
96
97
98
99
100
Додаток 6
101