Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/9253| Title: | Поліпшення технологічних і експлуатаційних параметрів мікрокутера безперервної дії |
| Authors: | Батраченко, Олександр Вікторович Безгуба, Володимир Олександрович |
| Keywords: | мікрокутер;бункер |
| Issue Date: | 8-Dec-2020 |
| Abstract: | Метою досліджень є підвищення продуктивності мікрокутера, зменшення нагріву сировини в ньому та автоматизація процесу переналагодження ступеню подрібнення сировини шляхом збільшення швидкості руху сировини з бункера та конструктивного вдосконалення елементів різального вузла. Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному: - виявлено закономірності руху сировини в робочих зонах мікрокутерів залежно від конструктивних параметрів робочих зон даних машин; - встановлено значення адгезійних властивостей м’ясної сировини, яка найчастіше переробляється в мікрокутерах. Практичне значення одержаних результатів: - вироблено рекомендації щодо конструктивного виконання бункеру мікрокутеру задля забезпечення його високої пропускної спроможності; - визначено марки матеріалів, використання яких може суттєво знизити адгезію сировини до стінок бункера і таким чином підвищити швидкість руху сировини з бункера мікрокутера до його різального вузла; - розроблено конструкцію роторів та статорів, використання яких дозволяє автоматизувати процес переналагодження ступеню подрібнення сировини. Очікуваний економічний ефект від впровадження запропонованих рекомендацій становить 274 тис. 315 грн. з терміном окупності Ток=1,5 року.3 В магістерській роботі на виконано техніко-економічне обґрунтування роботи, проведено огляд типів конструкцій мікрокутерів, які застосовуються в харчовій промисловості, описано принцип роботи технологічної лінії по виготовленню варених ковбас та конструкцію розробленого мікрокутера. Проведено огляд відомих літературних джерел та виконано аналіз конструкцій вузлів мікрокутерів. Визначено задачу, що потребує вирішення – підвищення ступеня автоматизації, зменшення тривалості допоміжних операцій,а також підвищення продуктивності мікрокутера та зменшення нагріву сировини при подрібненні. Виконано технологічний та кінематичний розрахунки. Виконано наукові дослідження особливостей гідродинаміки сировини при її русі з бункера мікрокутера до різального вузла. Розроблено заходи з охорони праці та розраховано економічну ефективність використання розробленої конструкції. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/9253 |
| Appears in Collections: | 133 Галузеве машинобудування (Обладнання переробних і харчових виробництв) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| КРМ Безгуба В..pdf Restricted Access | Безугуба В. О. Поліпшення технологічних і експлуатаційних параметрів мікрокутера безперервної дії. – Кваліфікаційна робота магістра. Обсяг роботи. Кваліфікаційна робота магістра складається із вступу, 3 розділів, висновків, списку використаних джерел. Роботу викладено на 106 сторінках, містить 37 рисунків, 6 таблиць. | 3.22 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
(повне найменування вищого навчального закладу)
факультет комп’ютеризованих технологій машинобудування і дизайну
(повна назва факультету)
кафедра Проектування харчових виробництв та верстатів нового покоління
(повна назва кафедри)
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА МАГІСТРА
магістр
(освітньо-кваліфікаційний рівень)
на тему
ПОЛІПШЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ І ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ПАРАМЕТРІВ
МІКРОКУТЕРА БЕЗПЕРЕРВНОЇ ДІЇ
Виконав: студент 2 курсу, групи мЗПВ-46
спеціальності 133 Галузеве машинобудування
(шифр і назва спеціальності)
Безгуба В. О.
(прізвище та ініціали)
Керівник доц. Батраченко О. В.
(прізвище та ініціали)
Рецензент
(прізвище та ініціали)
Черкаси 2020
2
РЕФЕРАТ
Безугуба В. О. Поліпшення технологічних і експлуатаційних параметрів
мікрокутера безперервної дії. – Кваліфікаційна робота магістра.
Обсяг роботи. Кваліфікаційна робота магістра складається із вступу, 3
розділів, висновків, списку використаних джерел. Роботу викладено на 106
сторінках, містить 37 рисунків, 6 таблиць.
Метою досліджень є підвищення продуктивності мікрокутера,
зменшення нагріву сировини в ньому та автоматизація процесу
переналагодження ступеню подрібнення сировини шляхом збільшення
швидкості руху сировини з бункера та конструктивного вдосконалення
елементів різального вузла.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:
- виявлено закономірності руху сировини в робочих зонах мікрокутерів
залежно від конструктивних параметрів робочих зон даних машин;
- встановлено значення адгезійних властивостей м’ясної сировини, яка
найчастіше переробляється в мікрокутерах.
Практичне значення одержаних результатів:
- вироблено рекомендації щодо конструктивного виконання
бункеру мікрокутеру задля забезпечення його високої пропускної
спроможності;
- визначено марки матеріалів, використання яких може суттєво
знизити адгезію сировини до стінок бункера і таким чином підвищити
швидкість руху сировини з бункера мікрокутера до його різального вузла;
- розроблено конструкцію роторів та статорів, використання яких
дозволяє автоматизувати процес переналагодження ступеню подрібнення
сировини.
Очікуваний економічний ефект від впровадження запропонованих
рекомендацій становить 274 тис. 315 грн. з терміном окупності Ток=1,5
року.
3
В магістерській роботі на виконано техніко-економічне обґрунтування
роботи, проведено огляд типів конструкцій мікрокутерів, які застосовуються
в харчовій промисловості, описано принцип роботи технологічної лінії по
виготовленню варених ковбас та конструкцію розробленого мікрокутера.
Проведено огляд відомих літературних джерел та виконано аналіз
конструкцій вузлів мікрокутерів. Визначено задачу, що потребує вирішення –
підвищення ступеня автоматизації, зменшення тривалості допоміжних
операцій,а також підвищення продуктивності мікрокутера та зменшення
нагріву сировини при подрібненні.
Виконано технологічний та кінематичний розрахунки. Виконано
наукові дослідження особливостей гідродинаміки сировини при її русі з
бункера мікрокутера до різального вузла. Розроблено заходи з охорони праці
та розраховано економічну ефективність використання розробленої
конструкції.
Ключові слова: мікрокутер, бункер, адгезія м’ясна сировина,
різальний вузол, автоматизація.
ABSTRACT
Bezguba V. O. Improvement of technological and operational performance
of microcutter. - Master's qualification work.
Scope of work. Master's qualification work consists of an introduction, 3
sections, conclusions, a list of used sources. The work is spread over 106 pages,
contains 37 drawings, 6 tables.
The purpose of the research is to increase the performance of the
microcutter, reduce the heating of the raw material in it and automate the process
of adjusting the degree of grinding of raw materials by increasing the speed of
movement of raw materials from the hopper and the structural improvement of the
elements of the cutting unit.
The scientific novelty of the obtained results is the following:
4
- regularities of movement of raw materials in working zones of microcutters
depending on the design parameters of working zones of these machines are
revealed;
- set the value of adhesive properties of raw meat, which is most often
processed in microcutters.
The practical significance of the results obtained:
- recommendations for constructive construction of the microcutter silo are
made in order to ensure its high capacity;
- identified the brands of materials, the use of which can significantly reduce
the adhesion of raw materials to the walls of the hopper and thus increase the speed
of movement of raw materials from the hopper emulsifier to its cutting unit;
- design of rotors and stators has been developed, the use of which allows to
automate the process of adjustment of the degree of grinding of raw materials.
The expected economic impact from the implementation of the proposed
recommendations is 274 thousand 315 UAH. with payback period Current = 1.5
years.
In the master's thesis the technical and economic substantiation of the work
was performed, the types of constructions of emulsifiers used in the food industry
were inspected, the principle of work of the technological line for the production of
cooked sausages and the design of the developed emulsifier were described.
An overview of known literary sources was conducted and an analysis of the
structures of the microcutter units was performed. The problem that needs to be
solved is to increase the degree of automation, reduce the duration of auxiliary
operations, as well as increase the performance of the emulsifier and reduce the
heating of raw materials during grinding.
Technological and kinematic calculations were performed. Scientific
researches of peculiarities of hydrodynamics of raw materials during its movement
from the microcutter hopper to the cutting unit were performed.
Keywords: microcutter, hopper, adhesion of raw materials, cutting unit,
automation.
5
Зміст
С
Вступ ……………………………………………………………………....6
1. Проектування модернізованого обладнання
1.1 Техніко-економічне обґрунтування роботи………………………….….9
1.2 Огляд літературних джерел .....................……………………………....13
1.3 Опис розроблюванного апарату………………………………………...33
1.3.1 Опис технологічної
лінії…………………………………………………………….…...33
1.3.2 Опис розроблюваного
апарату……………………………………………………..………36
1.4 Технічні вимоги та умови на сировину, напівфабрикати і готову
продукцію…………………………………………………………….…..43
1.5 Технологічний розрахунок…………………………..…………………45
1.6 Технологічний розрахунок …………………………………………..…53
1.7 Кінематичний розрахунок………………..……………………….……64
2. Наукові дослідження……………………………………..…………..….72
3. Охорона праці та безпека прийнятих
рішень……………………………………………………………………..85
Список літератури
Додатки
6
ВСТУП
В сучасних умовах до діяльності виробничих підприємств висуваються
високі вимоги щодо раціонального використання матеріальних та трудових
ресурсів. Причому успішність роботи підприємства напряму залежить від
повноти таких вимог та їх жорсткості. Необхідність такого підходу
обумовлюється сучасними тенденціями розвитку виробництва – ресурсо- та
енергозбереження.
Серед галузей харчової промисловості одну із основних позицій займає
м'ясна промисловість. Основним видом виробів, що випускаються
м'ясопереробними підприємствами, є ковбасні вироби. Слід зазначити, що
сьогодні використовуються різні види технологій виробництва ковбасних
виробів, які часто дуже відрізняються від технологічних процесів,
використовуваних у ХХ сторіччі, причому відрізняються насамперед видом
використовуваної сировини. Але в той же час основні технологічні операції
виконуються за допомогою раніше відомих типів устаткування. Так одним із
основних видів технологічного обладнання м'ясопереробного виробництва і є
мікрокутер.
Широке використання мікрокутерів, висока їх вартість та значення для
кількості та якості виготовленої продукції обумовлює необхідність
подальшого пошуку шляхів підвищення економічної ефективності їх
використання. Найбільш раціональним може бути такий підхід, при якому
беруться до уваги усі наявні чинники понесення матеріальних та інших
витрат при експлуатації цих машин. Для розвитку українського харчового
машинобудування особливо актуальним є пошук шляхів створення сучасних
конкурентоспроможних моделей мікрокутерів.
Метою досліджень є підвищення продуктивності мікрокутера,
зменшення нагріву сировини в ньому та автоматизація процесу
переналагодження ступеню подрібнення сировини шляхом збільшення
7
швидкості руху сировини з бункера та конструктивного вдосконалення
елементів різального вузла.
Об’єкт досліджень – мікрокутер Karl Shnell FD-175 та його різальний
комплект.
Предмет дослідження – гідродинаміка сировини та автоматизація
процесу переналагодження ступеня подрібнення сировини.
Для досягнення поставленої мети в роботі вирішувались такі задачі:
- проаналізувати стан і дати оцінку способам підвищення
продуктивності мікрокутера, зменшення нагріву сировини в ньому та
автоматизації процесу переналагодження ступеню подрібнення сировини;
- здійснити дослідження гідродинаміки сировини в бункері
мікрокутера чисельними методами;
- на підставі результатів аналітичного дослідження запропонувати
нове конструктивне виконання бункеру здатне забезпечити підвищену
продуктивність мікрокутера;
- виробити рекомендації щодо конструктивного виконання
елементів різального вузла з метою автоматизації процесу переналагодження
ступеню подрібнення сировини.
- експериментальним шляхом дослідити адгезію основних видів
м’ясної сировини, яка переробляється в емульситаторах, до стінок бункера та
обґрунтувати найбільш раціональну марку матеріалу для його виготовлення.
Для розв’язання визначених задач в роботі були використані
теоретичні та експериментальні методи досліджень. Аналітичне дослідження
гідродинаміки сировини виконувалось на основі чисельних методів.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:
- виявлено закономірності руху сировини в робочих зонах мікрокутерів
залежно від конструктивних параметрів робочих зон даних машин;
- встановлено значення адгезійних властивостей м’ясної сировини, яка
найчастіше переробляється в мікрокутерах.
Практичне значення одержаних результатів:
8
- вироблено рекомендації щодо конструктивного виконання
бункеру мікрокутеру задля забезпечення його високої пропускної
спроможності;
- визначено марки матеріалів, використання яких може суттєво
знизити адгезію сировини до стінок бункера і таким чином підвищити
швидкість руху сировини з бункера мікрокутера до його різального вузла;
- розроблено конструкцію роторів та статорів, використання яких
дозволяє автоматизувати процес переналагодження ступеню подрібнення
сировини.
Очікуваний економічний ефект від впровадження запропонованих
рекомендацій становить 274 тис. 315 грн. з терміном окупності Ток=1,5
року.
9
РОЗДІЛ 1. ПРОЕКТУВАННЯ МОДЕРНІЗОВАНОГО
ОБЛАДНАННЯ
1.1 Техніко-економічне обґрунтування роботи
Для всіх галузей промисловості характерна тенденція до можливо
ширшого застосування устаткування безперервної дії. У мясопереробці, при
тонкому подрібненні сировини, призначеної для виготовлення продуктів
(варених ковбас, сосисок, сардельок, паштетів і ін.) фаршів, вказана
тенденція виражається у все ширшому застосуванні разом з кутерів (або
замість кутерів) машин, відомих, як мікрокутери [1].
Технологічними цілями подрібнення м'ясної сировини є досягнення
необхідної його дисперсності, рівномірний розподіл в подрібненій масі
білка, жиру і води, а також хороше поглинання вологи. Матриця, що
формується при утворенні гелю з білків, кількість і тип частинок і
розчинених речовин, що утримуються матрицею, а також вміст вологи в
кінцевому продукті визначають структуру м'ясного продукту фаршу,
оптимальний його вихід, соковитість і ніжність. При недостатній
інтенсивності обробки сировини, необхідний ступінь опрацьовування фаршу
не досягається - це приводить до поганого скріплення вологи, що може стати
причиною і неоднорідності структури кінцевого продукту, і його грубій
консистенції. Втім, надмірно інтенсивна обробка при тонкому подрібненні
може привести до того, що структура кінцевого продукту виявиться
неприйнятно рихлою. Відома закономірність: чим вище температура в
процесі тонкого подрібнення фаршу ковбасних виробів вареної групи, тим
нижче їх стабільність [2]. Для подрібнення з метою виготовлення м'ясних
продуктів можна використовувати всі скелетні м'язи, проте, через зрозумілі
причини, зазвичай обмежуються лише малоцінними відрубами з великим
змістом колагену і жиру. Для виготовлення тонкодисперсних продуктів
фаршів характерна саме така сировина, що визначає високі вимоги до
10
спеціалізованого технологічного устаткування. Процеси, що до того ж
відбуваються при тонкому подрібненні, приводять до того, що м'ясна маса
втрачає свою первинну пластичність і стає в'язкою, адгезійні властивості її
стають явно вираженими [3].
Мікрокутери різних конструкцій, характеристика яких буде дана
нижче, володіють певними перевагами і недоліками, тому при виборі слід
виходити з особливостей сировини, для переробки якого призначена
машина, необхідній продуктивності, технологічності виготовлення вузлів і
деталей - перш за все, робочих органів. Основний критерій ефективності
роботи подрібнювача: мінімальні енерговитрати і мінімальний нагрів
оброблюваної маси.
Необхідно реалізувати вибрану конструктивну схему так, щоб робочі
органи забезпечували ефективне тонке подрібнення м'ясної сировини, а
конструкції робочої порожнини мали б найменший гідравлічний опір і
мінімізували б час руху оброблюваної маси усередині подрібнювача.
Досліди німецького ученого Гайдтманна показали, що саме цей чинник, а не
власне тертя, є переважаючою причиною перегріву фаршу під час
подрібнення.
У вітчизняній і світовій м’ясопереробці найчастіше практикують
подрібнення м'ясної сировини, призначеної для виробництва варених ковбас,
сосисок, сардельок, паштетів, шляхом послідовного застосування вовчка і
кутера з чашею, що обертається. Для економії енергії або для досягнення
кращого опрацьовування мас фаршів іноді, після обробки на вовчку і
нетривалої обробки на кутері з чашею, що обертається, м'ясну сировину
піддають тонкому подрібненню на мікрокутері [2].
Іншою вживаною в ковбасному виробництві схемою організації
технологічного процесу переробки сировини є подрібнення його на вовчку і
мікрокутері з проміжним перемішуванням за допомогою фаршемішалки.
Така конструктивна схема сприяє економії енергоресурсів, виробничих
площ, засобів на придбання і обслуговування технологічного устаткування,
11
підвищенню рівня механізації виробництва. Перераховані вище переваги
обумовлені принциповими відмінностями конструкції кутера і
емульситатора, а також відповідними особливостями організації
технологічного процесу із застосуванням подрібнювачів вказаних типів.
Продуктивність кутера з чашею, що обертається, визначається її
об'ємом, а також часом, що витрачається на завантаження-вивантаження. Що
ж до мікрокутера, його продуктивність, як правило, обмежена лише
можливостями подачі фаршу на обробку, тобто продуктивністю основного
технологічного і транспортного устаткування, передування мікрокутеру в
технологічному ланцюжку. Процес тонкого подрібнення на мікрокутері
продовжується, поки маса фаршу подається в його бункер, тому в наявності
економія часу на операції завантаження/вивантаження, до того ж така
організація тонкого подрібнення сприяє використанню устаткування цього
типу при створенні автоматизованих виробництв.
Мікрокутер потужністю 90 кВт може переробити до 5 т сировини в
годину, а традиційний кутер з об'ємом чаші 500 л здатний переробити лише 2
т в годині. Мікрокутери найбільш поширених в м'ясній промисловості
моделей і типорозмірів, характеризуються споживаною потужністю від 52
кВт до 90 кВт, тоді як споживана потужність, характерна для кутерів з
чашею, що обертається, ємкістю від 300 л до 500 л, знаходиться в діапазоні
від 80 кВт до 130 кВт. Відмічена вище різниця в продуктивності визначає
переваги мікрокутера.
В середньому питоме енергоспоживання машини цього типу в 2 рази
менше, ніж у традиційного кутера. Зазвичай займана мікрокутером площа не
перевищує 2 м2 , а широко використовувана виробниками устаткування
можливість виготовлення мікрокутерів у пересувному варіанті дозволяє
оперативно переміщати ці подрібнювачі від одного технологічного поста до
іншого. Завдяки замкнутій робочій порожнині мікрокутера і надзвичайно
короткочасному перебуванню фаршу в зоні дії робочих органів, залучення до
фаршу повітря украй незначне. Технічне обслуговування цих машин
12
набагато простіше, ніж обслуговування кутерів, а експлуатація не вимагає
такої високої кваліфікації і значного практичного досвіду персоналу.
З огляду на це значна увага приділяється забезпеченню ефективної
роботи мікрокутерів, довговічності вузлів та зручності в експлуатації,
зменшенню витрат матеріальних ресурсів.
Основним вузлом, параметри роботи якого здійснюють визначальний
вплив на роботу всієї машини, визнано різальний механізм мікрокутера [3].
Від параметрів різального механізму залежать: продуктивність машини;
вологовміст, нагрів та ступінь подрібнення готового продукту; величина
споживаної енергії.
В процесі експлуатації машини значна частина матеріальних витрат іде
на наступне: оплату праці оператору та обслуговуючому персоналу, оплату
праці на виконання ремонтних операцій, придбання швидкозношувальних
деталей різального комплекту. Величина втрат матеріальних ресурсів
залежить і від тривалості допоміжних операцій. Так тривалість простоювання
мікрокутеру напряму впливає на продуктивність технологічної лінії.
Таким чином при підвищенні економічної ефективності використання
мікрокутерів необхідно вирішувати всі зазначені проблемні задачі. Зважаючи
на результати відомих досліджень мікрокутерів та процесів, що
супроводжують їх роботу, можна зробити висновок, що часто вирішення
вказаних різних задач вступає у суперечність один з одним. Це робить
неефективним впровадження розроблених засобів.
Доцільно проводити пошук ефективних рішень системно, одночасно
узгоджуючи різні аспекти роботи мікрокутеру.
Найбільш досконалими моделями вважаються машини марок Stephan
MCH-D, Karl Schnell FD, INOTEC, Laska FZ 225 “NanoCutter”. Але, нажаль,
їм властиві певні недоліки, що призводять до підвищеної складності та
вартості експлуатаційних робіт. Так конструкції, різальний вузол яких
виконано за принципом «ніж-решітка», характеризуються високою вартістю
решіток та низькою надійністю їх роботи, конструкції, різальний вузол яких
13
виконано за принципом «ротор-статор», потребують достатньо мілкого
попереднього подрібнення сировини. Загальним же суттєвим недоліком
відомих моделей є відсутність можливості переналагодження ступеню
подрібнення сировини без заміни різального комплекту та без зупинки
машини.
Задля підвищення конкурентно-спроможності українських моделей
м'ясопереробного обладнання та збільшення економічної ефективності їх
використання слід вирішити дану проблему, а також підвищити
продуктивність машини та зменшити нагрів сировини при подрібненні.
1.2 Огляд літературних джерел
Мікрокутери можуть використовуватись у декількох випадках: для
фінішної обробки фаршу (емульсії) після кутера; для тонкого подрібнення
фаршу після вовчка без кутера; та при виготовленні м’ясних паштетів [4].
Застосування мікрокутеру після кутеру дозволяє:
підвищити якість обробки фаршу, більш ретельно і мілко його
подрібнити (рисунок 1.1);
підвищити фактичну продуктивність кутеру шляхом скорочення
тривалості кутерування і заміни фінішного доведення на кутері
швидкою обробкою на мікрокутері.
Застосування емульситатору після вовчка без кутера дозволяє:
значно зменшити капітальні витрати на купівлю обладнання шляхом
виключення із технологічної лінії самої дорогокоштуваної машини -
кутера;
значно збільшити продуктивність усієї технологічної лінії
виготовлення ковбас завдяки тому, що безперервні мікрокутери
набагато продуктивніші чим періодичні кутери;
14
суттєво зменшити використовувані виробничі площі, оскільки
емульситатор набагато компактніший за кутер;
значно зменшити енерговитрати на подрібнення м’яса;
суттєво зменшити витрати на різальний інструмент.
Рисунок 1.1 - Зовнішній вигляд зрізу вареної ковбаси,
сировина якої подрібнена на кутері (зліва) та на мікрокутері (зправа). Видно
більш ретельну обробку та меншу кількість пустот на варіанту використання
емульситатору
Застосування мікрокутеру для виготовлення паштетів дозволяє:
створити високопродуктивну технологічну ліню з малими
капітальними витратами.
Мікрокутери найбільш поширених в м'ясній промисловості моделей і
тіпорозміров, характеризуються споживаною потужністю від 52 кВт до 90
кВт, тоді як споживана потужність, характерна для кутерів з чашею, що
обертається, ємкістю від 300 л до 500 л, знаходиться в діапазоні від 80 кВт до
130 кВт. В середньому питоме енергоспоживання машини цього типу в 2
рази менше, ніж у традиційного куттера [5].
15
Загалом, при виробництві 6 тонн варених колбас у зв’язку з
використанням мікрокутера замість кутера отримується наступна економія:
первинні інвестиції мінімум 210.000 €, заробіток на різальному інструменті
3.800 € в рік і заробіток на заробітній платі 12.000 €, не вчинені зниження
затрат на електроенергію (ще близько 3.000 € в рік).
Завдяки замкнутій робочій порожнині мікрокутера і надзвичайно
короткочасному перебуванню фаршу в зоні дії робочих органів, залучення до
фаршу повітря украй незначне, на відміну від кутерів.
Технічне обслуговування цих машин набагато простіше, ніж
обслуговування кутерів з чашею, що обертається, а експлуатація не вимагає
такої високої кваліфікації і значного практичного досвіду персоналу
Відповідно конструкції робочих органів, мікрокутери розділяють на
машини типу "ніж-решітка", роторні подрібнювачі "ротор-статор" і
мікрокутери з комбінованими робочими органами. Частота обертання – 3000
об/хв.
Мікрокутери з робочими органами типу «ніж - решітка».
Принципово ріжучий інструмент даного сімейства подрібнювачів є парою
(набір декількох ступенів, що складаються з даних пар) ножів, здійснюючих
обертальний рух. Ножі притиснуті до ножових решіток, розташованих в
площині, перпендикулярній вісі їх обертання. Типовим прикладом такої
пари є ріжучі механізми вовчків. Подрібнювачі даної групи порівняно прості
по конструкції і компактні.
Кожен ніж має лопаті, в які вставляються змінні різальні вставки
(червоний колір). Скос на лопаті – служить для нагнітання сировини в отвори
решітки при обертанні ножів. Таким чином ножі одночасно і подрібнюють
сировину і нагнітають її.
16
Рисунок 1.2 - Різальний вузол, що складається з двох решіток та ножів.
Рисунок 1.3– Конструкція елементів різальної пари «ніж-рештіка»
(решітки із отворами різних діаметрів, ножі та різальні вставки)
Проте першому поколінню більшості з них був властивий загальний
недолік - підвищений нагрів подрібненого продукту в результаті тертя ножів
об решітки. Локальний нагрів в площині «ніж - грати викликає денатурацію
білків, в сирому фарші з'являються волокнисті структурні елементи, а
структура готового продукту виходить рихлою. В процесі експлуатації
ріжучий механізм швидко зношується. Спостерігається інтенсивне
перенесення металу у фарш.
17
Подрібнювачі роторного типу. Найбільш відомими на нашому ринку
мікрокутерами з багатозубчатими робочими органами у формі
концентричних кілець є машини виробництва німецької фірми "Stephan", які
використовують з 50-х років XX століття. Від цієї фірми пішла інша назва
таких машин – мікрокутери [6].
Рисунок 1.4 - Будова різального вузла «ротор-статор».
Тут видно 2 пари ротор-статор. Сировина подається шнеком зліва
направо, а вивантажується за допомогою диску (крайній зправа), який
створює необхідний нагнітальний тиск.
Умовно конструкцію інструменту «ротор-статор» можна представити
як аналог конструкції, що складається з двох елементів - ротора, виконаного
у вигляді торцевої прямо- або косозубої циліндричної або конічної фрези
(шестерні) і статора, що є циліндровою або конічною кільцевою поверхнею з
внутрішніми прямими або косими «зубами».
Зубці ротору мають різальні кромки як по зовнішній циліндричній так і
по торцевій поверхнях. Зубці статору мають різальні кромки, що розташовані
по внутрішній циліндричній поверхні. Між зубцями наявні широкі пази-
вікна. Сировина відцентровою силою подається до периферії ротору і
проходить крізь пази-вікна, заявки чому вона нагнітається у робочий зазор
між ротором і статором.
18
а) б)
Рисунок 1.5 - Конструкція ротору (а) та статору (б).
У простір, утворений зазором (30 мкм) між зовнішньою поверхнею
ротора і внутрішньою поверхнею статора, а також поверхнями (умовно
осьовими) каналів, що утворені западинами між виступами «зубів» ротора і
статора, продавлюється подрібнювана сировина.
Рисунок 1.6 - Схема розміщення ротору розміщується всередині статору
В сучасних моделях мікрокутерів робочі поверхні роторів і статорів –
конічні. Це дозволяє час-від-часу проводити зміщення ротору відносно
статору, чим забезпечується можливість компенсації збільшення робочого
зазору внаслідок зношування лез.
19
До того ж, ротор і статор можуть мати знімні різальні вставки або
накладки, які приклепані або припаяні до корпусу ротору чи статору. Цим
досягається економія твердосплавного матеріалу
а) б)
Рисунок 1.7 - Конструкція ротору (а) та статору (б) із змінними різальним
вставками
Якщо порівнювати мікрокутери типу «ніж-решітка» і «ротор-статор»,
то «ротор-статор» обумовлює на 30% менші енерговитрати, значно менший
нагрів фаршу і значно менше зношування різального механізму, внаслідок
відсутності контакту різальних пар. До того ж, «ротор-статор», при певному
конструктивному виконанні дозволяє змінювати ступінь подрібнення
сировини під час роботи машини, без замни різального комплекту.
При комбінованому різальному інструменті тонке подрібнення м'ясної
сировини здійснюється в дві або в три стадії: спочатку із застосуванням
ріжучих блоків "ніж-решітка", потім із застосуванням робочих органів
"ротор-статор" або пар різання, вживаних в колоїдних млинах.
20
Рисунок 1.8 - Комбінований різальний комплект – «ніж-решітка» та «ротор-
статор»
В сучасних умовах мікрокутери використовуються не тільки для
подрібнення м’яса, але і для інших видів обробки.
Причому, якщо для подрібнення м’яса для ковбасних виробів зміну
ступеню подрібнення в 0,3 мм проводити не потрібно, то для виготовлення
паштетів та для подрібнення свиної шкірки така опція стає необхідною.
Найбільш сурові вимоги до ступеня подрібнення висуваються при
виготовленні дитячих м’ясних та м’ясо-рослинних консервів. Як видно з
таблиці 1, в залежності від виду продукту, нормувальна дисперсність для
гомогенізованих продуктів складає 0,2 мм, для пюреподібних – 1,2 мм, для
крупноподрібнених – 2,5 мм.
Відомо, що одним із найбільш широковживаних сучасних компонентів
ковбасних виробів є емульсія зі свиної шкірки. Для її приготування свину
шкірку спочатку тонко подрібнюють із додаванням води, потім
охолоджують, а перед додаванням у фарш – знову подрібнюють утворений
злиток. Таким чином – спочатку необхідне тонке подрібнення сировини, а
потім – більш грубе.
21
Таблиця 1 – Необхідний ступінь подрібнення сировини при виготовленні дитячих
консервів
Консерви Гомогенізовані Пюреподібні Крупноподрібнені
Розмір часток, %
більші 517 – 294 – менші більші 1600 800 – 500 – більші 3000- менші
517 294 200 200 1600 – 800 500 250 3000 2000 2000
мкм мкм мкм мкм мкм мкм мкм мкм мкм мкм мкм
“Малыш” 9,0 0,15 16,0 74,5 3,5 76,0 10,0 3,5 10,8 72,2 17,0
“Геркулес” 3,0 3,0 - 94,0 3,1 63,3 11,1 22,5 5,6 45,2 49,2
“Язычок” 3,4 13,0 13,9 69,7 7,0 69,3 12,2 11,5 3,6 83,7 12,7
“Малышок” 5,6 9,8 15,8 68,8 4,9 67,6 15,8 11,7 10,2 72,4 17,4
“Вини-Пух” 9,0 3,5 6,0 87,5 - - - - - - -
Консерви з 3,4 3,4 2,0 91,2 - - - - - - -
яловичини
гомогенізо-
вані
Консерви з - - - - 5,0 38,3 16,0 40,7 - - -
яловичини
пюреподібн
і
Цікаво, що закордонні виробники дещо по іншому вказують ступень
подрібнення - за даними фірми Wolfking, їх мікрокутери Е 225 можуть
забезпечувати подрібнення продукту, при якому кількість частинок на 1 кг
сировини сягає від 104 до 106.
Загалом, можна зробити висновок, що здатність мікрокутерів до
переналагодження ступеню подрібнення сировини є актуальною. Проте
далеко не всі конструкції здатні це забезпечити.
Перші покоління емульситаторів не мали регулюючих механізмів.
Проте для сучасних моделей вони є вже обов’язковими. Але не в усіх
випадках регулюючі механізми дають можливість змінювати ступень
подрібнення сировини.
Так для конструкцій «ніж-решітка» механізм регулювання
призначений для компенсації зношування різальних пар, тому що між ними
не повинно бути зазору, та для регулювання інтенсивності нагріву сировини.
Як відомо, внаслідок тертя ножів об решітки відбувається нагрівання
22
сировини, що є шкідливим явищем. І хоча проспекти в мережі Інтернет
зазначають можливість зміни ступеню подрібнення, аналіз патентів
західноєвропейських фірм вказує, все ж таки на те, що регулювання
зношування інструменту – це основне призначення механізму регулювання.
Першою застосувала для своїх машин механізм регулювання фірма
Karl Schnell. Від двигуна або від маховика обертання передається на черв’як,
який обертає черв’ячне колесо. Черв’ячне колесо посаджене на гільзу, в якій
встановлено підшипники ножового валу. При обертанні гільзи разом із
черв’ячним колесом відбувається проворот гільзи у різцевому отворі, що
призводить до повздовжнього зміщення ножового валу. Таким чином ножі
зміщуються відносно решіток, чим регулюється сила притиснення та зазор
між лезами та решітками.
Як видно, маховик обертається, гільза в якій встановлено підшипники
обертається та зміщується в нарізці, через це зміщуються підшипники та
ножовий вал разом із усім, що на ньому встановлено. Ножі та
вивантажувальна крильчатка жорстко зафіксовано в осьовому напрямку до
валу гайкою, тому вони зміщуються разом із валом як одне ціле.
Рисунок 1.9 – Мікрокутер FD225 фірми Karl Schnell
із системою регулювання положення ножів відносно решіток
23
Рисунок 1.10 - Схема зміщення ножів і ножового валу мікрокутеру
FD225 фірми Karl Schnell (червоний колір – деталі, що зміщуються,
приводяться у рух. синій колір – стаціонарні деталі).
Мікрокутери фірми "INOTEC" забезпечені двома або трьома
решітками з діаметрами отворів 1; 1,2; 1,4; 1,7; 2; 2,5; 3,5 мм, а також
відповідною кількістю лопатевих ножів. Для автоматичного регулювання
робочого зазору (0,01 мм) передбачений спеціальний привід на базі
крокового електродвигуна.
Видно 4 решітки та стільки ж ножів. Чітко видно як із лопатей
виглядають різальні вставки. В цих машинах зміщуються не ножі, а –
решітки. Решітки зміщуються при зміщенні гільзи, в якій встановлюються
решітки, внаслідок її провертання у нарізці. Обертання гільзі передається від
крокового електродвигуна через циліндричний зубчастий вінець (крайній
зправа).
24
Рисунок 1.11 - Різальний вузол INOTEC.
Серед інших відрізняється мікрокутер Laska Nannocutter, який з’явився
у 2010 році. Система зміщення ножів – не механічна, а гідравлічна. При чому
– в даному випадку ножі не зміщуються відносно решіток, а регулюється
сила їх постійного притискання. Причому – зусилля стискання передається
крізь пружину – на зразок гомогенізуючих головок клапанних
гомогенізаторів молока. Таким чином забезпечується постійне задане
зусилля притиснення ножів до решіток, яке може бути задане із великою
точністю.
Для конструкцій за принципом «ротор-статор» характерно наступне.
Ступінь подрібнення в них залежить від фіксованого значення робочого
зазору, який визначається діаметральними розмірами робочих поверхонь
ротору і статору. Тобто - для певного значення ступеню подрібнення існує
визначена пара «ротор-статор».
В сучасних моделях робочі поверхні ротору і статору виконуються
конічними. Це дозволяє час від часу компенсувати збільшення зазору
внаслідок зношування різальних кромок. Компенсування проводиться
зашліфовуванням проміжного кільця, що дозоляє змістити статор по
25
відношенню до ротору. Тобто – можливість регулювання робочого зазору без
зупинки машини відсутня.
Рисунок 1.12 - Система ножового валу мікрокутеру Laska Nannocutter FZ
225, (патрубок 10 служить для подачі мастила в зону, що обмежена
ущільненнями, завдяки цьому зміщується гільза 9, що призводить до
зміщення ножового валу)
Загалом мікрокутери класифікують так. Залежно від напряму руху
оброблюваної маси в робочій порожнині, мікрокутери підрозділяють на
вертикальні і горизонтальні. Перші з них характеризуються меншою
займаною площею і меншими енерговитратами на подачу фаршу в зону
подрібнення, а також вивід з неї тонкоподрібненої м'ясної маси. На відміну
від вертикальних мікрокутерів з високо розташованим сировинним
бункером, машини горизонтальної конструкції не вимагають застосування
спеціальних підйомників для подачі м'ясної маси на обробку.
Конструктивна схема "ніж-решітка" добре відпрацьована в
мікрокутерах таких відомих на нашому ринку м'ясопереробного
устаткування німецьких фірм, як "Karl Schnell", "Seydelmann" і "INOTEC"
(Німеччина), а також що входить до складу концерну "CFS" данського
підприємства "CFS Slagelse" (до 2001 р. - фірма "Wolfking").
26
На рисунку зображений мікрокутер CFS EcoCut.
Рисунок 1.13 - Мікрокутер CFS EcoCut 225 (Данія)
Ця машина призначена для виробництва м'ясних емульсій всіх типів -
від рідинних до пастоподібних, а також для тонкого подрібнення свинячої
шкірки. Стабільна якість оброблених мас, зокрема мінімізація нагріву в зоні
різання, досягається завдяки наявності системи АКА автоматичного
регулювання ножів (Automated Knife Adjustment). Всі параметри процесу
подрібнення також контролюються в автоматичному режимі.
Мікрокутери фірми " INOTEC " забезпечені двома або трьома
решітками з діаметрами отворів 1,0; 1,2; 1,4; 1,7; 2,0; 2,5; 3,0,5,0 мм, а також
відповідною кількістю пелюсткових ножів. Для автоматичного регулювання
робочого зазору (0,01 мм) передбачений спеціальний привід на базі
крокового електродвигуна.
Рисунок 1.14 - Зовнішній вид мікрокутерів INOTEC
27
Разом з колоїдними млинами, мікрокутери з робочими органами типу
"ротор-статор" відносять до роторних подрібнювачів. Найбільш відомими на
нашому ринку емульситаторами з багатозубчатими робочими органами у
формі концентричних кілець є машини виробництва німецької фірми
"Stephan" (входить до складу міжнародного концерну "Sympak" з штаб-
квартирою в Італії). Протягом багатьох років фахівці фірми працюють над'
вдосконаленням конструкцій мікрокутерів, які захищені численними
патентами. З кінця 50-х років XX століття на м'ясопереробних підприємствах
використовують мікрокутери "Stephan" вертикальної компоновки. Декілька
пізніше були розроблені і почали застосовуватися також подрібнювачі з
горизонтальним розташуванням робочих органів різання. Слід зазначити, що
останніми роками фірма "Stephan" оптимізувала модельний ряд мікрокутерів,
зменшивши кількість моделей, що випускаються. Зараз на ринок поступають
3 моделі вертикальних і 6 моделей горизонтальних мікрокутерів виробництва
цієї фірми.
Робочі органи мікрокутерів "Stephan" складаються з ріжучої головки-
ротора, ріжучого кільця-статора та подаючої шайби. Тонке подрібнення
сировини відбувається так. Заздалегідь подрібнена на вовчку маса
завантажується в бункер і за допомогою шнека подається в центральну зону
ріжучого ротора, зафіксованого на валу електродвигуна. У робочій
порожнині нахилені відносно осі обертання зубці ротора створюють потік
сировини, і в циліндровому зазорі між ротором і статором, а також при
виході оброблюваного матеріалу крізь щілини оснащеного твердосплавними
ріжучими пластинами статора реалізується процес тонкого подрібнення.
Зубчаті робочі органи подрібнення, якими оснащені емульситатори, що
виготовляються словацькою фірмою "Potravinarske strojarne Svidnik («PSS»)
принципово не відрізняються від робочих органів, якими комплектуються
мікрокут- тери "Stephan". Фірма "PSS" пропонує м'ясопереробникам три
типорозміру мікрокутерів: модель М-1200 (рисунок ,а) для оснащення
28
підприємств малої і середньої потужності, підприємствам великої
потужності підійдуть пристрої М-4000 і М- 4000у - остання модель з
вакуумірюванням робочої порожнини. На рисунку ,б зображені ротор і
статор другої стадії подрібнення - робочі органи мікрокутера М- 4000.
а) б)
Рисунок 1.15 - Мікрокутери PSS
а) – зовнішній вигляд; б) – різальний вузол.
Німецька фірма "Glass", відома своїми фаршемішалки, мішалками-
массажерами та варильним устаткуванням, доповнила лінійку своєї
продукції і вже впродовж трьох років випускає мікрокутер "ніж-решітка" під
назвою «BestCut». Потужність приводу установки BestCut - 45 кВт,
максимальна продуктивність - 4500 кг в годину. Ріжучі блоки (рисунок )
емульситатора цієї моделі зафіксовані на полігональному валу, який
приводиться в дію прецизійним приводом.
Деякі моделі мікрокутерів виробництва німецьких фірм "Каrl Schnell" і
"INOTEC", а також машини, що випускалися швейцарською фірмою
"Вruendler", відрізняються комбінацією робочих органів описаних вище
типів. Зокрема, конструкторами "NOTEC" розроблений ріжучий блок з
трьома ступенями парами робочих органів типу "ніж-решітка" і колоїдного
блоку, що складається з двох конічних ріжучих кілець.
29
Подрібнювач німецькій компанії Каrl Schnell, на відміну від інших
моделей виробництва цієї фірми - багаторічного прихильника використання
робочих органів подрібнення типу "ніж-грати", забезпечений комбінованим
ріжучим блоком. До складу блоку входять два шестиперих ножа і у
відповідь грати: перші грати з отворами 1,4 мм, друга - з отворами 0,7 мм, а
також ріжучий блок "ротор-статор (рисунок ). Робочі органи подрібнювача
дозволяють добитися ступеня подрібнення від 0,1 мм до 0,8 мм.
Рисунок 1.16 - Мікрокутер BestCut.
Рисунок 1.18 - Комбінований ріжучий блок Каrl Schnell
Відомий мікрокутер Karl Schnell, який містить обертові ножі та
нерухомі перфоровані решітки, а також пристрій регулювання зазору між
30
ножами і решітками, причому положення кожного ножа може регулюватись
диференційовано (окремо), за допомогою системи шпинделів (європейський
патент на винахід EP 0574694В1, кл. В02С18/30, 1997).
Рисунок 1.19 - Зовнішній вид мікрокутеру Karl Schnell
із диференційованою системою зміщення ножів
Недоліком даного мікрокутеру є неможливість зміни ступеню
подрібнення сировини без заміни деталей різального комплекту та надмірна
складність пристрою диференційованого регулювання положення ножів, що
полягає у значному збільшенню складності конструкції ножового вала.
Найбільш близьким мікрокутеру, що пропонується, є мікрокутер FD
225 фірми Karl Schnell, який містить корпус, ножовий вал, підшипники
ножового вала, привод ножового вала, бункер, різальний комплект, що
складається із декількох різальних пар, які формують ніж та перфорована
решітка або ротор і статор з конічними робочими поверхнями (варіант
CUTFIX), пристрій зміщення ножа вздовж осі ножового вала, який
складається з маховика, привода, зубчастого зачеплення, проміжного
31
корпусу, в якому розміщено підшипники ножового вала, гвинтової пари, яка
утворюється гвинтовою зовнішньою поверхнею проміжного корпусу та
гвинтовою внутрішньою поверхнею корпусу, та втулки, яка насаджена на
ножовий вал, патрубок відведення продукту (промисловий каталог фірми
Karl Schnell GmbH, ФРН, 2010, Інтернет ресурс, режим доступу
http:www.karlschnell.de; патент США на винахід № 4775108, кл. В02С18/38,
1987).
Недоліком цього мікрокутера є неможливість зміни ступеню
подрібнення сировини без заміни деталей різального комплекту, оскільки
зміна зазору між ножами та решітками (в межах 0,05 мм) дозволяє
регулювати лише інтенсивність їх зношування та температуру сировини, а
для зміни ступеню подрібнення сировини ротором і статором необхідна
зміна зазору між ними на величину в межах 0,7-2,7 мм, чого неможливо
досягти, оскільки ножі та ротор зміщуються разом.
Рисунок 1.22 - Зовнішній вид мікрокутеру Karl Schnell FD 225
32
Висновки.
В сучасній практиці м'ясопереробного виробництва все більшого
поширення набувають мікрокутери, використання яких забезпечує низку
переваг. Найбільш досконалими моделями вважаються машини марок:
Stephan, Karl Schnell, INOTEC, CFS. Але, нажаль, їм властиві певні недоліки,
що призводять до підвищеної складності та вартості експлуатаційних робіт:
Так конструкції за принципом «ніж-решітка», характеризуються
високою вартістю решіток та низькою надійністю їх роботи. А конструкції
за принципом «ротор-статор», потребують достатньо мілкого попереднього
подрібнення сировини. Загальним же суттєвим недоліком відомих моделей є
відсутність можливості переналагодження ступеню подрібнення сировини
без заміни різального комплекту та без зупинки машини. Така опція
дозволила б створити дійсно автоматизовані потокові технологічні лінії по
виробництву як ковбас так і паштетів різного призначення.
Актуальною є розробка заходів, що спрямовані на забезпечення
автоматизованого регулювання ступеню подрібнення сировини в
мікрокутерах.
1.3 Опис розроблюванного апарату
1.3.1 Опис технологічної лінії
Технологія виробництва сосисок.
Для виробництва вершкових, діабетичних, молочних, любительських
сосисок використовують охолоджене, парне м'ясо яловичини і охолоджене
м'ясо свинини.
При виробленні інших сортів сосисок допускається використання
мороженого яловичого, свинячого і баранячого м'яса.
33
Для вироблення високоякісних сосисок необхідно: ретельно підбирати
сировину; витримувати жиловане посолене м'ясо у вигляді шроту або фаршу
при температурі 0...4°С протягом 24...48 годинника; добре подрібнювати
м'ясо з додаванням льоду і води; обсмажувати у вологому повітрі до ясно-
рожевого кольору.
Сировина повинна задовольняти наступним вимогам:
• яловичина вищого сорту повинна бути чистою м'язовою
тканиною без видимих включень жиру;
• у яловичому жилованому м'ясі першого сорту повинно міститися
м'якій сполучній тканині не більше 6%;
• у свинині жилованій нежирній повинно міститися повинно
міститися міжм'язовій жировій тканині не більше 10%;
• у жилованій свинині напівжирною повинно міститися жировій
тканині від 30 до 50%;
• у свинині жилованій жирною зміст жирової тканини повинен
бути не менше 70%.
У виробництві сосисок використовують м'якого шпика – пашину,
шековину і обрізання від оброблення шпика і беконної свинини.
Яловиче м'ясо звільняють від сухожиль і жиру розрізають на шматки
вагою біля 400гр. Свинину звільняють від сухожиль і хрящів і нарізують на
шматки такої ж ваги, як і яловичину.
Попереднє подрібнення і посол яловичого м'яса. Жиловане м'ясо
подрібнюють на вовчку з решіткою діаметром отворів 16...25мм,
перемішують з сіллю, селітрою і нітритом (у розчині) і витримують в дрібній
тарі шаром не більш 15см 48...72 години при температурі 2...4°С.
Після дозрівання м'ясо подрібнюють на вовчку з решітками діаметром
отворів 2...3мм і піддають тонкому подрібненню.
Попереднє подрібнення і посол свинячого м'яса. Охолоджене свиняче
м'ясо можна використовувати в несолоному вигляді. В даному випадку сіль,
селітру і нітрит вводять безпосередньо при тонкому подрібненні м'яса.
34
Морожене свиняче м'ясо застосовують тільки в солоному вигляді.
Подрібнюють і солять свиняче м'ясо і яловиче. М'якого шпика
використовують тільки в несолоному вигляді.
Приготування фаршу. Посолене і витримане м'ясо у вигляді фаршу або
шроту направляють на технологічні машини для вироблення фаршу
відповідного продукту. Якщо м'ясо витримується в розсолі у вигляді фаршу
або без розсолу, воно вже не прямує на подрібнення через вовчок, а
безпосередньо кутерується. Витримане м'ясо у вигляді шроту спочатку
подрібнюється на вовчку з решіткою, діаметр отворів якої коливається от2 до
3мм.
Шприцювання. Приготований фарш шприцують в кишкову оболонку, в
результаті цього фарш набуває форми ковбаси. Довга нашприцованих
сосисок не повинна перевищувати 12...13см.
Обжарювання. Що навісили на рами сосиски направляють в
обжарювальні камери. Перед обжарюванням рами з сосисками сортують
залежно від діаметру нашпріцованних сосисок. Сосиски обсмажують
30...60мин при температурі 80...100°С. для рівномірного обсмажування
сосиски підвішуються на тонкі палиці з інтервалом між батончиками.
Обсмажені сосиски повинні бути ясно-рожевими з абсолютно-сухою
оболонкою; температура в центрі сосисок не повинна перевищувати
38...40°С. На початку обжарювання в камеру подають трохи пари або
зволожують повітря протягом 5...10 хв, що сприяє рівномірному і яскравому
забарвленню фаршу і оболонки.
Варіння. Обсмажені сосиски варять при температурі 80...85°С протягом
10...15мин залежно від діаметру батона. Вариво припиняють, коли
температура усередині батона досягає 70...72°С.
Охолодження. Після варива сосиски негайно охолоджують холодною
водою під душем протягом 3...5мин, а потім в камері при температурі
10...12°С протягом 4...6 годин.
35
Вологість готових сосисок не більше 70%. Контрольний вихід готових
виробів, що остигнули, до ваги несолоної сировини 100%.
У технологічну лінію м'ясокомбінату включено наступне технологічне
устаткування: два вертикальних достигача геометричною ємкістю 7 м3
кожен, два шнекові живильники, закріплених на кожному достигачі, ваговий
бункер, мірний циліндр для дозування води ємкістю 75 л, вовчок, мішалка,
мікрокутер, вакуумний шприць безперервної дії і два конвеєрні столи.
Посолене м'ясо в агрегаті з відділення засолу в ковшах елеватором для
їх підйому і спуску транспортується до завантажувальної воронки достигача.
Після завантаження і витримки (дозрівання) м'яса готують фарш. Для цього
шнековим живильником сировина (яловичина, свинина) по черзі
транспортується у ваговий бункер для подачі необхідної дози відповідно до
рецептури виробів, що виготовляються. Відважування дози через днище
вагового бункера, що відкривається, прямують в вовчок. А після цього – в
фаршмішалку, куди одночасно з мірного циліндра поступає необхідна
кількість води. Сипкі компоненти фаршу, розчин нітриту завантажують
уручну. Потім сировина змішується і подрібнюється.
З мішалки сировина поступає в мікрокутер для остаточного
подрібнення. Готовий фарш по спускам поступає у вакуумні шприци для
наповнення оболонок фаршем. Наповнені оболонки по стрічці конвеєрних
столів транспортуються до місць для перев'язки шпагатом і далі для
навішування на палиці і рами. Рами з ковбасними батонами направляють на
теплову обробку.
36
Рисунок 1.23- Поточно-механізована лінія для виготовлення сосисок
1 — вертикальний достигач для свинини; 2 — вертикальный достигач для
яловичини; 3 — шнековий живильник свинини; 4 — шнековий живильник
яловичини; 5 — ваговий бункер; 6 — мірний циліндр; 7 — вовчок,; 8 –
мішалка; 9 – мікрокутер; 10 — вакуумний шприц; 11 — конвейерний стіл;
12 – рама; 13, 14- термокамери.
1.3.2 Опис розроблюваної машини
В основу винаходу поставлена задача отримання нового технічного
результату. Технічним результатом є розширення технологічних
можливостей мікрокутера шляхом забезпечення можливості механізованого
регулювання ступеня подрібнення сировини без заміни деталей різального
комплекту [7].
Мікрокутер, який містить корпус, ножовий вал, підшипники ножового
вала, привод ножового вала, бункер, патрубок відведення продукту,
37
різальний комплект, що складається із декількох різальних пар, які
формують ніж та перфорована решітка або ротор і статор з конічними
робочими поверхнями, пристрій зміщення ножа вздовж осі ножового вала,
який складається із маховика, привода, зубчастого зачеплення, проміжного
корпусу, в якому розміщено підшипники ножового вала, гвинтової пари, яка
утворюється гвинтовою зовнішньою поверхнею проміжного корпусу та
гвинтовою внутрішньою поверхнею корпусу, та втулки з гвинтовою
поверхнею, яка насаджена на ножовий вал, який згідно з винаходом
додатково обладнаний ротором, статором, пристроєм зміщення роторів
вздовж вісі ножового вала, який складається із маховика, приводу, обойми,
підшипників обойми, зубчастого зачеплення, гвинтової пари, яка
утворюється гвинтовою зовнішньою поверхнею обойми та гвинтовою
внутрішньою поверхнею корпусу, ступиці, яка насаджена на ножовий вал,
причому підшипники обойми насаджені на ступицю і розміщені всередині
обойми, тяг, які закріплені в ступиці, шайбою та гвинтами, за допомогою
яких ніж фіксується до втулки, втулка та ніж мають отвори, крізь які
проходять тяги із можливістю вільного переміщення вздовж осі ножового
вала, ротори фіксуються до тяг, кут нахилу твірної робочої поверхні
першого, за напрямком руху сировини від бункера до патрубка відведення
продукту, ротора до його осі α1 та кут нахилу твірної робочої поверхні
другого, за напрямком руху сировини від бункера до патрубка відведення
продукту, ротора до його вісі α2 мають різні значення, причому значення
кутів зв’язані між собою співвідношенням α1 > α2; перші за напрямком руху
сировини від бункера до патрубка відведення продукту ротор і статор мають
ділянки із циліндричними робочими поверхнями.
На рис. 23 зображено загальний вигляд емульситатора, на рис. 24 –
будову основних вузлів мікрокутера, на рис. 25 – будову різального
комплекту, на рис. 26 – загальний вид ножа; на рис. 27 – загальний вид
шайби; на рис. 28 – загальний вид різальної пари «ротор-статор»; на рис. 29
38
– загальний вид пристрою зміщення ножа вздовж осі ножового вала; на рис.
30 – загальний вид пристрою для зміщення роторів.
Мікрокутер складається з корпусу 1, до якого приєднано бункер 2 та
патрубок відведення продукту 3. В корпусі 1 розміщено ножовий вал 4, що
встановлений у підшипниках ножового вала 5 та що приводиться до
обертання за допомогою приводу ножового вала 6. На ножовому вала 4
встановлено різальний комплект, який складається із декількох різальних
пар.
6 19 1 28 2 3
Рисунок 1.24
Такими різальними парами є: ніж 7 та перфорована решітка 8; ротор 9 і
статор 10; ротор 11 і статор 12. Ротор 9 містить циліндричну робочу
поверхню 13 та конічну робочу поверхню 14. Статор 10 містить циліндричну
робочу поверхню 15 та конічну робочу поверхню 16. Ротор 11 містить
конічну робочу поверхню 17. Статор 12 містить конічну робочу поверхню
18. Задля забезпечення можливості регулювання зазору між різальними
гранями ножа 7 та перфорованої решітки 8 (для компенсації коливання
товщини змінних перфорованих решіток та для регулювання температури
оброблюваної сировини) мікрокутер має пристрій зміщення ножа вздовж вісі
ножового вала 19.
39
21 19 А 20 30 Б 28 29 38 2 11
3
9
22 23 34 32 27 39 12
1 А 36 31 4 8 10
25 26 24 5 Б 35 37 7 40
Рисунок 1.25
Він складається із маховика 20, приводу 21, зубчастого зачеплення 22
(наприклад – черв’ячного), проміжного корпусу 23 (в якому розміщено
підшипники ножового вала 5), гвинтової пари 24, яка утворюється гвинтовою
зовнішньою поверхнею 25 проміжного корпусу та гвинтовою внутрішньою
поверхнею 26 корпусу, та втулки 27 з гвинтовою поверхнею, яка насаджена
на ножовий вал 4 (ножовий вал 4 зміщується разом із проміжним корпусом
23 та ножем 7 відносно корпусу 1 та решітки 8). Гвинтова поверхня втулки
27 виконує роль шнека для подачі сировини з бункеру 2 до різальних пар.
Задля забезпечення можливості автоматизованого регулювання ступеня
подрібнення сировини (зокрема – під час роботи емульситатору)
використовується пристрій зміщення роторів вздовж осі ножового вала 28
40
(ротори 9 і 11 зміщуються відносно статорів 10 і 12 та відносно ножа 7 і
ножового вала 4).
В Г Д
39 15 16 38 18
а1 а2
40 8 14 17
4 7 13 9 10 11 12
В Г Д
Рисунок 1.26
Пристрій зміщення роторів складається з маховика 29, привода 30,
обойми 31, підшипників обойми 32, зубчастого зачеплення 33 (наприклад –
черв’ячного), гвинтової пари 34, яка утворюється гвинтовою зовнішньою
поверхнею 35 обойми 31 та гвинтовою внутрішньою поверхнею 36 корпусу
1, ступиці 37, яка насаджена на ножовий вал 4. Підшипники обойми 32
насаджені на ступицю 36 і розміщені всередині обойми 31. Конструкцією
емульситатора також передбачені тяги 38, які закріплені в ступиці 36, шайба
41
39 та гвинти 40, за допомогою яких ніж 7 фіксується до втулки 27. Ніж 7 має
отвори 41, крізь які проходять тяги 37 із можливістю вільного переміщення
вздовж вісі ножового вала 4. Ротори 9 і 11 фіксуються до тяг 37. Кут нахилу
твірної робочої поверхні ротору 9 до його осі α1 та кут нахилу твірної
робочої поверхні ротору 11 до його осі α2 мають різні значення, причому
значення кутів зв’язані між собою співвідношенням α1 > α2. Так
забезпечується можливість різної зміни робочого зазору (між ротором і
статором) для роторів при однаковому (спільному) їх переміщенню вздовж
вісі ножового вала.
В-В Д-Д
7 11 12
Г-Г
40 41 40 38 39
38
Рисунок 1.27 Рисунок 1.28 Рисунок1.29
Мікрокутер працює наступним чином. Сировина завантажується у
бункер 2, вмикається привод ножового вал)а 6, внаслідок чого ніж 7 і ротори
9 і 11 починають обертатись. Сировина поступово подрібнюється різальними
парами і відводиться через патрубок відведення продукту 3. Задля
регулювання температури продукту може вмикатись привод 21 (обертатись
маховик 20), а задля зміни ступеню подрібнення може вмикатись привод 30
(обертатись маховик 29).
42
А-А
20 22 21
Рисунок 1.30
Б-Б
29 33 30
Рисунок 1.31
Виконання роторів і статорів за корисною моделлю, що пропонується,
а також застосування пристрою для зміщення роторів призводить до
наступного. При необхідності зміни ступеню подрібнення сировини
вмикається привод 30 і обойма 31 разом із ступицею 37 і тягами 38
зміщується вздовж вісі ножового вала 4. Внаслідок цього змінюється зазор
між ротором 9 і статором 10, а також – між ротором 11 і статором 12. Так,
наприклад, при значенні кута α1=15º і кута α2=5º та при зміщенні тяг 38
вправо (за фіг.3) на 8 мм значення зазору між ротором 9 і статором 10
43
змінюється з 1 мм до 3 мм (на 2 мм), а значення зазору між ротором 11 і
статором 12 змінюється з 0,3 мм до 1 мм (на 0,7 мм), що обумовлює перехід
на більш грубе подрібнення сировини. Тобто забезпечується
диференційована зміна робочих зазорів при однаковому зміщенні роторів
(при простій конструкції пристрою зміщення роторів). Наявність
циліндричних робочих поверхонь 13 і 15 дозволяє проводити проміжне
подрібнення сировини після ножа 7 та перед зазором, що створений
конічними робочими поверхнями 14 і 16. Це дозволяє більш повно
реалізувати механізоване регулювання ступеня подрібнення сировини. Так,
наприклад, при значенні діаметру 7 мм отворів перфорованої решітки 8,
значенні зазору між ротором 9 і статором 10 1 мм, значенні зазору між
ротором 11 і статором 12 0,3 мм, незмінний зазор між робочими поверхнями
13 і 15 в 3 мм дозволяє забезпечити належне подрібнення сировини при її
надходженні від решітки 8 до конічних робочих поверхонь 14 і 16.
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
крупноподрібненою структурою (шинка в оболонці, бекон любительський і т.
п.).
Широкий асортимент ковбасних і солоних виробів обумовлений
високими харчовими достоїнствами і придатністю в їжу без додаткової
підготовки.
44
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
хлеби, паштети, дієтичні і лікувальні ковбаси.
1.4.1. 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
побитостями 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 свинини 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.
Вироби з яловичини виготовляють з туш I і II категорії угодованої в
охолодженому або розмороженому стані.
45
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, влаго- 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.
1.4.2. 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.
46
Варені і напівкопчені ковбаси повинні мати пружну, щільну,
некрошлівую 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 — солоноватий, гострий, з вираженим
ароматом копчення. Смак соленокопчених виробів в міру солоний для
варених продуктів, солоноватий — 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.
1.5 Технологічний розрахунок
Для визначення експлуатаційних властивостей машини необхідно
виконати технологічний розрахунок. Також, дані технологічного розрахунку
можуть бути використані при кінематичному розрахунку.
При визначенні продуктивності мікрокутера будемо вважати, що вона
визначається витратою потоку сировини, що проходить крізь різальний
вузол. Тоді вираз по визначенню продуктивності мікрокутера буде:
Q 60S ñ 60 4283.7 106 17.7 1100 5003,7êã/ ãî ä , кг/год,
47
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).
Площа отвору, крізь який протискується сировина, м2:
S Sж. р.вуз. 4283.7м2
,
де Sж.р.вуз. – загальна площа „живого” перерізу різального вузла.
Загальна площа „живого” перерізу різального вузла дорівнює:
S 2
ж. р.вуз. в. р. (S р.пл. Sн ) 0,34 (2400211403) 4283.7мм ,
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:
nотв. d
2 2
отв. 415 5 106 415 52 106
в. р. 0,34 ,
D2 d 2 2 2 6 6
р.отв. р. р.отв. р. 205 107 10 30576 10
де nотв. =415 — кількість отворів в решітці;
dотв. = 5 мм — діаметр отворів решітки, м;
Dр.отв. р. — зовнішній діаметр границі розташування отворів решітки, м;
48
dр.отв.р. – внутрішній діаметр границі розташування отворів решітки, м;
Значення робочої площі вихідної решітки, м2:
(D2 d 2
р.отв. р. р.отв. р.) 3,14(2052 1072 )
S р.пл. 24002мм2
,
4 4
Значення площі фронтальної проекції ножа, який контактує із
вихідною, м2:
Sí Së zë 3801311403ì ì 2
,
де Sл =3801·10-6 – площа фронтальної проекції одного леза ножа, м2;
zл =3 — кількість лез ножа.
Швидкість поступального руху сировини визначається так, м/хв:
2
Dш dш
в.ш. Lв.ш. nш Кзап.ш. в.ш. t2
ш nш Кзап.ш.
2
2
150100
0,3 252
50 0,05 0,3393.350 0,05 244.9ì ì / ñ ,
2
244.9мм / с 17.7м / хв ,
де αв.ш. — коефіцієнт подачі або використання шнеку, що залежить від
довжини шнеку, зазорів між шнеком та стінкою циліндра та ін.
(αв.ш.=0,25÷0,35);
Dш — зовнішній діаметр шнеку (по виткам), м;
49
dш — діаметр валу шнеку, м (можна прийняти dшdр.отв.р.);
tш =25 мм — крок шнеку, м;
nш — частота обертання шнеку, хв.-1;
Lв.ш. – довжина витка шнеку, м;
Кзап — коефіцієнт заповнення міжвитковго простору шнеку (Кзап=0,05÷0,1).
При розрахунку продуктивності слід брати до уваги найменший крок
шнеку tш , тобто – крок між двома останніми витками. Саме це значення буде
визначати транспортуючу здатність шнека, а отже – швидкість руху
сировини.
Розрахунок гідравлічного опору решітки.
На рисунку 1.32 показано схему дії сил на елементарний шар сировини
товщиною dx, що знаходиться у каналі діаметром d 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.
Fт р
P P+ d P
q
x dx
Рисунок 1.32 - Схема сил, що діють на елементарний шар сировини в каналі.
Вирішивши це рівняння відносно Рх , та виразивши l та u через діаметр
отвору d та довжину елементарного шару dx , а координату х замінивши на
довжину каналу L отримаємо:
dd
50
4 f L 40.10.316
q
0 q0 0.10.25 0.10.25
P e d
x 5
e 0.14 МПа
0.3 0.3
де f=0,1 – коефіцієнт тертя сировини о стінки каналу;
L=16 – довжина каналу (отвору);
d =5– діаметр отвору;
q0= – залишковий боковий тиск;
µ - коефіцієнт бокового тиску (µ=0,75-0,8).
Розрахунок потужності приводу мікрокутеру
Технологічна потужність, що витрачається в цьому процесі
подрібнення, містить такі складові:
N N1 N2 N3
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 A z n 6
S H S pi 3000 3 50 24002 10 22.5êÂò
ë
де АS - питома витрата енергії на різання або утворення одиниці площі
перерізу. Наближено можна прийняти АS = 2,5 ... 3,5 кДж/м2;
51
nн =50 - частота обертання ножів, с-1;
ΣSPi - сумарна робоча площа ножової решітки.
Витрати потужності на здолання сил тертя між обертовими ножами та
нерухомими решітками, Вт:
N n P b z f z R2 r2
2 н 3 л тр p р.отв. р. р.отв.р.
3.14 50 2,5 106 0,005 30,130,1022 0,0532 1,76 106 0,013 23,2кВт ,
де zл =3 — кількість лез на ножі;
zр =1 - кількість решіток;
Р3 = 2.. .3 МПа - необхідний тиск затягування різальних інструментів;
bконт. = 5 мм - 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
ø r2
ø zâ.ø . 0,4 106 0,0752 0,0502 4
Pn 20512,6
2 cosc 1,99
,
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 вала шнека, м;
βс =15,8 – середній кут підйому витків шнека;
52
tø .ñåð. 25
tgc 0,06
Rø rø 7550
Окружна сила Рокр від радіальної складової сили Рn та сили тертя,
викликана при дії останньої, має такий вигляд:
Pî êð Pn sin c fò ð.ø . cosc 20512,6 sin 3,6 0,1cos3,6 3339,5 ,
де fтр.ш. - коефіцієнт тертя продукту по матеріалу шнека ( fтр.ш. = 0,1...0,3).
Витрати потужності для роботи шнекового механізму, кВт:
2
N 2
3 nш Pокр R2 r 2
ш ш zв.ш. tgc fтр.ш.
3
2
2 50 3339,5 0,0752 0,0502 4 tg3,6 0,1
3 .
4389888,3 0,00310,163 2,2кВт
Отже загальна потужність приводу при роботі вовчка з двома
решітками та одним ножем буде:
N N1 N2 N3 22,5 23,2 2,2 47,9êÂò .
Враховуючи наявність 2-х ступеней „ротор-статор” на роботу різання
яких також необхідно витрачати значну кількість енергії, приймемо
необхідне значення потужності приводу N=90 кВт.
53
1.6 Міцнісний розрахунок
1.6.1 Розрахунок жорсткості решітки
Розрахунок решітки на жорсткість проводиться як кільцевої
перфорованої пластини. На рисунку 32 показано схему навантаження
кільцевої перфорованої пластини розподіленим навантаженням Р. Зменшення
жорстокості та міцності решітки внаслідок перфорації враховується через
коефіцієнти приведення γ.
P
r1 r
r2
Рисунок 1.33 – Схема навантаження вихідної решітки
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.
Уточнене значення коефіцієнта приведення жорсткості решітки, м:
2
3 1 2 2 k 2
1 1 1 4
P r 4
1
2
64D 4 ,
ð p.max k1 ln 8 4 ln
1
22hh
54
4
0.25 0,053
64 0,205 0,00002
2
3 0,31 2 0,522 0.55 1 0,522 1 0,524
1 0,3
4
0.55 ln 0,528 0,522 ln 0,52
10,3
2
2.83 0,88 0,987
39558 106 1,3 39558 106 5.6 0.19
1,79 0,998
де Р= 0,25 МПа – тиск у різальному вузлі (Па);
ωр.max - максимальний допустимий прогин решітки, м (ωр.max= 0,02 мм);
μ – коефіцієнт Пуасона (μ =0,3);
rð. 53
0,52 ;
Rð. 102
2 2
k 2 3 41 ln 0,522 0,52
1 3 0,3 41 0,3
2 ln 0,52
2
1 1 0,52
0,269
0,2693,3 41,3 0,65 0,2693,31,25 0,55
0,73
d
Коефіцієнт k, при 0,5 î ò â. 0,9 , складає для розташування отворів
Sò ðèê .
по вершинам рівнобічних трикутників із стороною Sтрик. (значення Sтрик.
визначається по сітці розбивки отворів в решітці Sтрик=10 мм):
4 4 0.19
k 3 3 0.441
2
0,297
1 2 d
10,785 î ò â.
Sò ðèê .
Мінімально допустиме значення товщини вихідної решітки Smin вих. р.
при відсутності її підпору притискним кільцем у різальному вузлі вовчка:
55
2
2
1,41 k S
min ò ðèê . dî ò â. 1,41 0.4415,45
Sâèõ. ð. 7, 2ì ì .
k 0.441
Максимальний радіальний згинальний момент, який приходиться на
одиницю довжини циліндричного перерізу пластини, Н·м/м:
1
P R2
3 1 2 k1 1 ð 2
M r
16
41 2
ln
2 1
250000 0.1022
3 0,3 1 0,52 0,551 2
0,52 1,24
16
41 0,30,522 ln 0,52
Максимальний окружний згинальний момент, який приходиться на
одиницю довжини меридіонального перерізу пластини, Н·м/м:
21 1 2 2 1 3 1 2
2
P Rð
M t
16 1
k1 1 41 2 ln
2
.
21 0,3 1 2 0,522 1 3 0,31 0,522
250000 0,1022
580,4
16 1
0,551 4 1 0,3 0,522 ln 0,52
0,522
Приведена товщина решітки Sприв. р. визначається таким чином, м:
1 min 1
S 3
прив. р. Sвих. р. 7,2 103 3 0,19 2,06 103
2 2
56
Значення напружень, без врахування концентрацій біля отворів,
розраховуються наступним чином, Па:
3 M r 3 1,24
r 0,46МПа
2 2
2 S 2 0,002
прив. р.
3 M t 3 580
t 217,5МПа
2 2
2 S 2 0,002
прив. р.
Повинна виконуватись умова відсутності пластичних деформацій:
785
Т
екв 523,3МПа ,
nзап.м. 1,5
217,5 523,3МПа (умова виконується),
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. , при умові
підпору її притискним кільцем, визначається так, мм:
Sвих. р. S min
вих. р. kц tм 7,2 20 0,4 15,2мм
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.
57
1.6.2 Розрахунок підшипників на вантажопідйомність та довговічність
Визначаємо довговічність підшипників ножового валу мікокутера.
Радіальне вивантаження діюче на підшипник:
2M 2 63 103
R2 P2H 2R 2 1
2 2 4500H
1 m1z1U
1 2 12 2.3
N 17000
M1
1 63 H м; m1 2мм z1 12
1 270
U 1 U 0.7 3 0.7 2.3 (Приведене число)
Частота обертання зовнішнього кільця підшипника відносно водила.
(H1 )
(H n z
n 1 )
1 1 (H1 ) 12
2 n1 2288.8 653.7хв 1
(H )
i 1 z2 42
12
(H
т 1 )
n (3) n (3) 2575
2575 2288.8хв1
1 1 H
1 9
Умови роботи підшипників: вимагається довговічність Т=50000 год;
можуть бути короткочасні перегрузки; Робоча температура до 125С.
Вибираємо шарикові радіальні підшипники серії [1, с. 548, табл. 5.7],
так як їх строк служби значний.
Приведене вивантаження, діюче на підшипник
Q2 R2 V KT 4500 1.2 1.2 1.05 7000H
де V – коефіцієнт обертання V=1,2 [1, с. 359];
Кб – коефіцієнт, враховуючий умови роботи, Кб =1,2
[1, с. 362, табл. 12.27]
58
КТ – температурний коефіцієнт КТ = 1,05 [1, с. 359]
Довговічність
(H )
L 60n 1 6 6
2 T 10 60 653.7 50000 10 1961млн.обер.
C
L ( )3
Q2
Знаходимо динамічну вантажопідйомність підшипника
C Q 3
2 L 70003 1961 8761.7H
Вибираємо підшипники 4074106 радіальний шариковий підшипник
С=10000 Н, d=30 мм, D=50мм, В=26мм
В даному підрозділі здійснено вибір підшипників для приводного вала
та їх розрахунок на довговічність
Вихідні дані для розрахунків:
Радіальна складова сили, Н
Колова складова сили, Н
Частота обертання вала хв-1.
Так як колова складова сили Fa=0, то за [2, с. 364, табл.. 2.19]
попередньо приймаємо радіальний роликовий однорядний підшипник 2222
ГОСТ 8328 – 75 [1, с. 532, табл.. П15], в якому динамічна
вантажопідйомність С = 196000Н.
Величина відношення вісьової сили до реакції опор у горизонтальній
площині дорівнює нулю (Fa=0), а значить менше е, тому згідно [1, с. 359]
визначаємо формулу для навантаження
P Fr V Kó 714 11.81.11413.72H
де V - коефіцієнт обертання, V = 1 [1, с. 359]
59
Kσ - коефіцієнт враховуючий умови роботи Kσ=1,8 [1, с. 362, табл. 12,2]
Kτ - температурний коефіцієнт, Kτ=1,1 [1, с. 359]
Розрахункова довговічність
106 C 106 196000
Lh ( ) ( )3 17226373години
60n P 60 2575 1413.72
де Р – показник степення Р=3 [1, с. 359]
Розрахункова довговічність більш ніж рекомендована
Lhрре 20000 30000годин
.
1.6.3 Розрахунок ножового валу
В даному підрозділі приведений розрахунок приводного валу, що
передає обертальний рух різальному комплекту і живиться від двигуна..
Приведено розрахунок вала на складне кручення та згинання під дією
тангенціальної і радіальної сили.
В якості матеріалу вала вибираємо сталь 40Х ГОСТ 1054-88 :
межа міцності, МПа σВ=780
межа текучості, МПа σТ=540
твердість НВ250
Тангенціальна та радіальна складові сили
2T1 2 63
Ft 741H
1 d Ш 0.170
де dШ – дільний діаметр шківа dШ=0,17 м
Fr Ft cosP 741cos17o 7410.964 714H
1
60
де γ – кут тертя шківа, γ =17о
Р
Вісьова складова сили в зачеплені шківа відсутня.
Реакції опор в вертикальній площині
a b 100390
RAX 741 931H
b 390
a 100
RBX Ft 741 190H
b 390
Реакції опор в горизонтальній площині
Fv (a b) 714(100390)
R 897H
AY
b 390
Fr a 714 100
RBX 183H
b 390
Згинаючі моменти на вісях Х та У
M
3X M3X M
2 4 3X 0
5
M3X Rax a 9310.1 93.1H м
3
M3Y M
1 3Y M3Y M3Y 0
2 4 5
M3Y Ray a 897 0.1 89.7H м
3
Сумарні згинаючі моменти на валу
M 31 M 32 M 34 M 35 0
M M 2 M 2
33 3X 3Y 93.12 89.72 8667.68046.09 129.2H м
3 3
Приведені моменти
61
M nP 0
1
M T 0.59 63 37.17H м
np2 1
M M 2 ( T )2
op3 33 1 129.22 (0.59 63)2 134.4H м
M np T1 0.59 63 37.17H м
M
np5 M np4
де α – коефіцієнт враховуючий різницю в характеристиці циклів
напружень згину і кручення
65
1 0.59
0 110
де [σ-1] – допустиме знакоперемінне напруження для вала [σ-1]=65 МПа [2, с.
46, табл. 5.3].
[σ0] – допустиме пульсуюче напруження для вала [σ0]=110 МПа.
Розраховуємо діаметр вала в небезпечному перерізі
M np 134.4
d 10 3
3 103 103 20.6 27.4мм
0.1 1 0.165
Згідно стандартного ряду, враховуючи зменшення діаметра вала на
його кінцях, приймаємо діаметр вала d=110 мм [1, с. 296].
Перевірочний розрахунок вала базується на визначенні загального
коефіцієнту запасу міцності у небезпечному перерізі. Небезпечним перерізом
в даному випадку є ділянка вала з посадкою внутрішнього кільця підшипника
на нього.
Для вала з діаметром d2=110 мм, виготовленого з сталі 45, тимчасовим
опором розриву σв=700 МПа по [2, с. 54, табл. 5.15]
62
Кσо=4,6; Кτо=3,26 – ефективні коефіцієнти концентрації напружень для
даного перерізу вала.
Визначаємо запас міцності для нормальних напружень
n 1 450
100.8
Ko m 4.6 0.97
Проаналізувавши епюри визначено, що найбільш небезпечний переріз
знаходиться в точці 3
де σ-1 – межа витривалості при симетричному циклі напружень при
згині σ-1 = 450 МПа [2, с. 57];
ψσ – коефіцієнт чутливості матеріалу до асиметрії цикла напружень при
згині ψσ=0,15 [2, с. 57]
σа – амплітуда номінальних напружень згину
M 129.2 103 129.2 103
a 0.97МПа
Wo 0.1d 3
2 0.11103
Визначаємо запас міцності для дотичних напружень
250
n 1
646МПа
K a m 3.26 0.115 0.10.115
де ψ-1 – межа витривалості при симетричному циклі напружень при
крученні τ-1=250 МПа [2. с. 48]
Напруження кручення
T T 63 103
0.23МПа
Wp 0.2d 3
2 0.11103
де τ-1 межа витривалості при симетричному циклі напружень при
кручені τ-1 = 250 МПа [2, с. 48]
63
Напруження кручення
0.23
a m 0.115МПа
2 2
Загальний запас міцності в перерізі
n n 100.8 646 65116.8
n 99.5 n1.8
n2
n2
100.82 6462 653.8
Умова виконана.
1.6.4 Розрахунок шліцьового з’єднання
Розрахункова довжина шліців lр = 120 мм
Розрахункова площа зминання
A 0.8h3 l 0.82 50 80мм2
Середній радіус з’єднання
d
d 1 d2 48 42
45мм
2 2
середній радіус rср=22,5 мм
z=8 – число зубців
Шліци перевіряємо на зминання
М вих 133 103
см 12,3МПа,
0,75 z A rср 0,75 8 80 22,5
що набагато менше допустимого напруження, приймаємо при стальній
ступиці і перемінному навантаженні [σсм]=10 МПа [1, с. 183].
64
1.7 Кінематичний розрахунок
Розрахунок черв’ячної передачі приводу зміщення різального
комплекту
Частота обрання валу електродвигуна n1=1450 об/хв., а за
конструктивними вимогами, частота обертання черв’яка n2 повинна складати
40 об/хв.
Таким чином передаточне число буде
n1 750
u 18.75 ,
n2 40
Приймаємо стандартне значення u=20.
Частота обертання черв’яка буде:
n1 nдв 0.0023nдв 750 00023750 720 об/хв.
n1 3.14 720
1 72 рад/с
30 30
Частота обертання колеса буде:
n1 720
n2 34 об/хв.
u 20
72
2
1 3.4 рад/с
u 20
Момент на валу черв’яка буде:
P 0.37 103
T1 4 103 Н*мм
1 72
65
Номер Найменування та марка Періодичність заміни Норми витрати Замінник, мастильного
2 z =22 точки змащувального матеріалу, Спосіб внесення або додавання змащувального матеріалу, що
1 мащення позначення стандартуї змащувального змащувального матеріалу на рік, кг рекомендується
матеріалу
N=0,5 квт t=12,4 на нього матеріалу
n=750 об/мин Мастило індустріальне Заливання в корпус
8 1, 2, 4 0,7 ТАп-15В
И20А ГОСТ20799-75 підшипникових 1 раз у 10 днів
ГОСТ 23652-79
опор
Солідол Ж Шприцювання 1 раз у 5 днів Літол - 24
3, 5 ГОСТ 1033-79 0,52 ГОСТ 21150-75
м 6 Жир тваринний технічний
ГОСТ 1045-73 Шприцювання 1 раз у зміну 0,8 -
2 z1 =22 Солідол Ж Шприцювання 1 раз у 5 днів Літол - 24
N=0,5 квт t=12,4 10 7, 9 ГОСТ 1033-79 1,5 ГОСТ 21150-75
n=750 об/мин 8, 10 Солідол Ж Літол - 24
Шприцювання 1 раз у 5 днів 1,5
Ланцюг Пр-12,4-5670 ГОСТ 1033-79 ГОСТ 21150-75
n=36 зВ
м z1 =22 7
t=12,4
z1 =1
m=3
9
z1 =1
m=3
Ланцюг Пр-12,4-5670
6
n=36 зВ
z1 =22
t=12,4
n = 2950 об/хв
м
1
N=90 квт z1 =56
m=3
n=3000 об/хв різальний механізм
1 2 3 4 5
z=56
m=3
ЧДТУ.090221.008
Лит. Масса Масштаб
Изм. Лист № докум. Подп. Дата Емульситатор
Разраб. Красовський Кінематична схема - -
Пров. Батраченко та схема мащення
Т.контр. Лист Листов 1
Н.контр.
Утв. Осипенко
Копировал Формат A1
Рисунок 1.34 - Кінематична схема мікрокутеру
Момент на валу колеса буде:
T2 T u 2 103
1 63 0.75 97.5 103 Н*мм.
Допустиме напруження [σ /
н ]=186 МПа. Розрахункове напруження буде
186*0,67=125 МПа. Приймемо, що кількість заходів черв’яка z=2.
Тоді кількість зубців черв’ячного колеса буде:
z2 z1 u 2 20 40
Ділильний кут підйому витка черв'яка γ пов'язаний з z1 і q
співвідношенням
z
tg 1
q
Инв. № подл. Подп. и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подп. и дата Справ. № Перв. примен.
ЧДТУ.090221.008
66
Згідно таблиці приймемо значення коефіцієнту q=10.
Діаметр вершин витків черв'яка (при коефіцієнті висоти головки,
рівному одиниці)
da1 d1 2m m(q 2) 50 2 5 60
Діаметр западин витків черв'яка (при коефіцієнті радіального зазору
0,2m)
d d 2,4m m(q2,4) 50 2.4 5 38
f 1 1
Довжину нарізаної частини черв'яка b1 приймають:
при z1=1 або 2 b1 11 0,06z2 m; (11 0.06 63)5 35 90
при z1=3 або 4 b1 12,5 0,09z2 m;
Черв'ячне колесо. Ділильний діаметр черв'ячного колеса
d2 dw2 z2m 63 5 315
Діаметр вершин зубів черв'ячного колеса (при коефіцієнті висоти
головки, рівному одиниці)
da2 d2 2m m(z2 2) 325
Діаметр западин зубів черв'ячного колеса (при радіальному зазорі 0,2m)
d 303
f 2 d2 2,4m m(z2 2,4)
67
Найбільший діаметр черв’ячного колесу
6m 30
daM 2 da2 325 335
z1 2 3
Ширину вінця колеса b2 рекомендується приймати по співвідношеннях
при z1=1÷2 b2 0,75da1; 0.75 60 45
при z1=4 b2 0,67da1
Умовний кут обхвату 2δ черв'яка вінця колеса визначається точками
перетину дуги кола діаметром d' = da1-0,5т з контуром вінця:
b
sin 2
da1 0,5m
Коефіцієнт корисної дії черв'ячного редуктора з урахуванням втрат в
зачепленні, в опорах і на розбризкування і перемішування масла
tg tg11019'
(0,950,96) 0.95 0.88
0
tg( p) tg11 19'10
де p - приведений кут тертя, визначуваний дослідним шляхом.
Швидкість ковзання (м/с), яка є геометричною різницею окружних
швидкостей черв'яка і колеса, визначають по формулах
v 3.14 50 1759 103
vs
1 4.7
0
cos 60 cos11
або vs v2
1 v2
2 .
де v1 0,5 d 103 і
1 1 v2 0,5 d 103 - окружні швидкості черв'яка і колеса,
2 2
68
м/с; ω1 і ω2 - кутові швидкості черв'яка і колеса, рад/с; d1 і d2 - ділильні
діаметри черв'яка і колеса, мм.
Розрахунок на контактну витривалість ведуть як проектувальний,
визначаючи необхідну міжосьову відстань:
2
z 0,463
aw
2
1 3 Tp2Eï ð
q z2
H
q
де z2 - число зубів черв'ячного колеса; q – коефіцієнт діаметру черв'яка;
H - контактна напруга, що допускається; Тр2 = Т2K - розрахунковий
2E E
момент на валу черв'ячного колеса; Eï ð
1 2 - приведений модуль
E1 E2
пружності (E1 – модуль пружності матеріалу черв’яка, Е2 - те ж, вінця
черв'ячного колеса). Формула справедлива при будь-яких взаємно
узгоджених одиницях вимірювання вхідних в неї величин.
Розраховане значення міжосьової відстані буде, мм:
2
63 170
aw 13 97.5 103 1.2 183
10 63
125 106
10
Після визначення aw слід знайти модуль зачеплення із співвідношення,
мм:
2a 2 183
m w 5.2
q z2 6310
Приймаємо m=5.
Перевіримо значення міжосьової відстані:
69
mz2 q 5(6310)
aw 182.5 мм
2
Після остаточного встановлення параметрів зачеплення слід уточнити
коефіцієнт навантаження і напругу (якщо воно залежить від швидкості
ковзання), що допускається, і перевірити розрахункову контактну напругу.
При сталевому черв'яку і черв'ячному колесі, що виготовленому з
чавуну або має бронзовий вінець,
475 T K
2
H H
d2 d1
aбo
3
z
T 2
2K 1
170 q 170 97.5 103 1.196.313
H H 73
z 3 3
2 aw 6.3 183
q
де H і H -в МПа; d1, d2, aw - в мм і Т2 - в Н·мм.
Розрахунок зубів черв'ячного колеса на витривалість по напрузі вигину
(зуби колеса володіють меншою міцністю, чим витки черв'яка) виконують по
формулі
1,2T KY 0,6F KY 1.2 97.5 103 1.19 2.12
2 F t 2 F
F F 4.16 < 41
z2b
2
2m b2m 63 45 52
де F - розрахункова напруга вигину; Т2К - розрахунковий момент на
валу черв'ячного колеса; Ft2 - окружна сила на черв'ячному колесі; Л -
коефіцієнт навантаження; величину Ft2 визначають по відомому моменту на
валу черв'ячного колеса:
70
2T
F 2
t 2
d2
YF - коефіцієнт форми зуба, що приймається по таблиці з довідника
залежно від еквівалентного числа зубів черв'ячного колеса
z 63
z 2 65.7
v
cos3 cos3110
ξ - коефіцієнт, що враховує ослаблення зубів в результаті зносу; для
закритих передач ξ=1,0, для відкритих передач ξ=1,5; F - напруга вигину,
що допускається ( 0F - при роботі зубів однієї сторони, 1F - при роботі
зубів обома сторонами.
Коефіцієнт навантаження для черв'ячних передач
K KBKv =1,1·1,08=1,19
де KB - коефіцієнт, що враховує нерівномірність розподілу
навантаження по довжині контактних ліній; Kv - коефіцієнт, що враховує
динамічне навантаження, що виникає в зачепленні.
Коефіцієнт KB залежить від характеру зміни навантаження і від
деформацій черв'яка
3 3
z2 63
KB 1 1 x 1 1 0.61.08
108
де - коефіцієнт деформації черв'яка, визначуваний по довіднику; х-
допоміжний коефіцієнт, залежний від зміни навантаження;
71
Titini
x
Tmax tini
Ti, ti, ni - відповідно момент, що обертає, тривалість і частота обертання
при режимі i; Tmax - максимальний обертає момент, що тривало діє. У
розрахунках, коли не потрібна особлива точність, можна приймати: при
постійному навантаженні х=1,0; при незначних коливаннях навантаження
х≈0,6; при значних коливаннях навантаження х≈0,3.
750 1 30
t 1,4хв
02
1536
72
РОЗДІЛ 2. НАУКОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ
2.1 Постановка проблеми
Мікрокутери використовуються для тонкого подрібнення фаршу після
кутера або замість нього в технологічних лініях по виготовленню
безструктурних ковбасних виробів. Одними з недоліків сучасних
емульситаторів є недостатня їх питома продуктивність та підвищений нагрів
сировини при подрібненні. Нагрівання сировини обумовлено підвищеною
площею тертя ножів об решітку [1] та, на нашу думку, недостатньою
швидкістю подачі фаршу з бункера в різальний вузол. Знижена швидкість
надходження сировини в різальний вузол призводе до збільшення емісії
тепла від різального комплекту до сировини, а також до недостатньо високої
питомої продуктивності мікрокутерів. Підвищена швидкість подачі сировини
може бути забезпечена за рахунок обґрунтування раціонального взаємного
розташування бункеру з сировиною та різального вузла (компонування
машини), а також раціональних конструктивних і геометричних параметрів
бункеру. В світлі вирішення даної задачі актуальним є дослідження
гідродинаміки м’ясної сировини при її русі в бункері мікрокутера.
2.2 Аналіз останніх джерел
Достатньо докладні відомості про мікрокутери наведено в роботі [2].
Однак в ній не зазначено про вплив компонування машини та
конструктивного виконання бункерів на швидкість надходження сировини до
різального вузла. В роботі [3] автори експериментальним шляхом дослідили
витратні характеристики бункерів, які застосовуються в конструкції
мікрокутерів провідних світових виробників. Було встановлено, що бункерам
(рис. 2.1) з горизонтальним живлячим патрубком властива найменша, вкрай
низька, швидкість витікання сировини. Однак в роботі [3] отримані
результати детально не пояснені, залишаються невизначеними особливості
гідродинаміки м'ясної сировини в бункері мікрокутерів. Це не дозволяє
73
обґрунтувати таку будову бункеру і таке компонування машини при якому
буде забезпечено найвищу швидкість надходження сировини до різального
вузла без використання примусової подачі.
Метою роботи є встановлення особливостей гідродинаміки м'ясної
сировини в бункері мікрокутера, який має горизонтальний живлячий
патрубок, для створення передумов розробки нової конфігурації бункера з
підвищеною швидкістю подачі сировини до різального вузла мікрокутера [8,
9].
2.3 Виклад основного матеріалу
Мікрокутери відрізняються між собою компонуванням, будовою
бункеру та будовою різального вузла. Одним із найбільш розповсюджених
типів є мікрокутер, який має бункер пірамідальної форми з горизонтальним
живлячим патрубком та різальним комплектом на його кінці (рис. 2.1). Таке
компонування мають машини марок "Karl Schnell FD", "Laska Nannokutter
FZ", "INOTEC" тощо. Сировина (м'ясний фарш, який мілко подрібнений в
кутері або у вовчку) самопливом потрапляє з бункеру 1 в патрубок 2 і далі до
різального комплекту 4. При цьому швидкість руху сировини низька [3], що
негативно впливає на її нагрів та на продуктивність машини.
Зважаючи на технічну складність задачі, дослідження гідродинаміки
сировини проводилось шляхом моделювання за допомогою чисельних
методів. Використовувався програмний комплекс FlowVision, який
призначений для розрахунку гідро- та газодинамічних задач в широкому
діапазоні чисел Рейнольдса в довільних тривимірних областях. В даному
випадку базовими були рівняння Нав'є-Стокса та рівняння нерозривності
потоку. Чисельне інтегрування рівнянь за просторовими координатами
проводилось з використанням прямокутної сітки (рис. 2.2).
74
Рис. 2.1. Компонувальна схема мікрокутеру з горизонтальним живлячим
патрубком: 1 - бункер; 2 - горизонтальний живлячий патрубок; 3 -
електродвигун; 4 - різальний вузол.
Рис. 2.2. Розрахункова сітка робочої зони досліджуваної моделі
75
Були використані наступні параметри: густина рідини 1050 кг/м3;
в'язкість 30 Па·с (відповідає м'ясному фаршу). При визначенні граничної
умови стінки була задана шорсткість поверхні, яка характерна для матеріалу,
з якого виготовляються бункери. Використано кілька способів візуалізації
отриманих результатів: заливка кольором, ізолінії та вектори. Результати
чисельного моделювання наведені на рис. 2.3-2.7.
Як слідує з отриманих даних, в бункері представленої будови наявні
кілька характерних зон. Найбільший тиск сировини спостерігається (рис.
2.3) в нижній частині бункеру, а саме - в місці зкруглення живлячого
патрубку (4,23 кПа). Ближче до вихідного отвору патрубку тиск знижується
до 1,96 кПа і прямує до нуля на кінці патрубку. В бункері вище патрубку
тиск знаходиться в межах 2-3 кПа і поступово знижується до нуля по мірі
наближення до верхнього зрізу бункеру.
Швидкість сировини приймає різні значення як в горизонтальній, так і
у вертикальній площині. Найбільші значення швидкості спостерігаються
(рис. 2.4-2.6) біля вихідного отвору патрубку і складають (0,8-1)·10-2 м/с.
Окремо слід вказати, що такі значення швидкості наявні лише в зоні біля
повздовжньої вісі симетрії патрубку, ближче до його стінок (рис. 2.5, 6)
швидкість суттєво знижується до (0-0,5)·10-2 м/с.
В зоні зкруглення патрубку сировина рухається уповільнено, зі
швидкістю (0-0,3)·10-2 м/с (рис. 2.4).
В бункері при русі сировини донизу її швидкість поступово
збільшується до 0,3·10-2 м/с, що можна пояснити зменшенням поперечного
перерізу бункеру по напрямку руху сировини.
Значний інтерес являє собою розподілення значень вертикальної
швидкості сировини в горизонтальному перетині бункеру (рис. 2.7). Чітко
виражена зона з локальним підвищенням швидкості до (0,3-0,4)·10-2 м/с, яка
розташована навколо серединного вертикального перетину бункеру в місці
його сполучення з патрубком ближче до вихідного отвору патрубку.
76
Рис. 2.3. Тиск в сировині, Па (вертикальний серединний поперечний переріз
бункеру)
Рис. 2.4. Швидкість сировини у вигляді векторів, ·10-2 м/с (вертикальний
поперечний переріз бункеру)
77
Рис. 2.5. Горизонтальна швидкість сировини у вигляді ізоліній, ·10-2 м/с
(вертикальний серединний поперечний переріз бункеру)
Рис. 2.6. Швидкість сировини вздовж стінок живильного патрубку, ·10-2 м/с
78
Рис. 2.7. Вертикальна швидкість сировини, ·10-2 м/с
(горизонтальний поперечний переріз бункеру в зоні з'єднання з живильним
патрубком)
Навколо цієї зони сировина рухається зі швидкістю порядку 0,25·10-2
м/с і менше. Чим ближче до зкруглення патрубку і стінок бункеру, тим
менша швидкість сировини.
Узагальнюючи отримані дані, можна скласти наступну схему
розташування характерних зон руху м'ясної сировини в бункері мікрокутеру
(рис. 2.8). Рухаючись від верхнього зрізу бункеру до живлячого патрубку
сировина поступово збільшує свою вертикальну швидкість за рахунок
зменшення поперечного перерізу бункеру по напрямку руху. В той же час
швидкість сировини не набуває високих значень через гальмування внаслідок
тертя об стінки бункеру (зона 4) та внаслідок зустрічі різнонаправлених
79
потоків (в даному випадку А та Б) в місці сполучення з живлячим патрубком
(зона 5).
Необхідність зміни напрямку руху сировини на 90º (з вертикального на
горизонтальний) разом із наявністю значної адгезії сировини до стінок
бункеру і патрубку призводить до появи застійної зони 3 в місці зкруглення
патрубку, в якій сировина рухається з вкрай малою швидкістю або не
рухається зовсім. В самому ж патрубку наявні зони 2 гальмування сировини
внаслідок тертя об його стінки, ці зони розташовані по периметру
поперечного перерізу патрубку на всій його довжині. Як результат,
максимальна швидкість сировини спостерігається лише в зоні 1, яка
розташована навколо повздовжньої вісі симетрії живлячого патрубку і яка
має достатньо обмежений габарит в поперечному перерізі.
Все це обумовлює низькі витратні характеристики бункеру
досліджуваного типу та, відповідно, знижену питому продуктивність
мікрокутеру та підвищений нагрів сировини при подрібненні.
Рис. 2.8. Характерні зони руху м'ясної сировини в бункері мікрокутеру:
1 - рух сировини з найбільшою швидкістю; 2 - гальмування сировини
внаслідок тертя об стінки живлячого патрубку; 3 - застійна зона в місці
зкруглення живлячого патрубку; 4 - гальмування сировини внаслідок тертя
об стінки бункеру; 5 - зниження швидкості сировини внаслідок зустрічі
різнонаправлених потоків.
80
На основі результатів проведених досліджень можна виробити
наступні рекомендації для розробки нової конфігурації бункера мікрокутера з
підвищеною швидкістю подачі сировини до різального вузла:
уникати зміни напрямку руху сировини на 90º, рух сировини в бункері
повинен бути співнаправлений з рухом у напрямку до різального вузла;
уникати створення зустрічних потоків сировини в бункері з метою
попередження їх взаємного гальмування;
уникати живлячих патрубків, щонайменше їх довжина повинна бути
мінімальною;
зменшити тертя сировини об стінки бункеру за рахунок вибору
раціональних кутів нахилу його стінок;
зменшити адгезію сировини об стінки бункеру та живлячого патрубку
за рахунок обґрунтованого вибору видів конструкційних або
оздоблювальних матеріалів.
Напрямками подальших досліджень можуть бути розробка і
обґрунтування нової конфігурації бункера з підвищеною швидкістю подачі
сировини та розробка нового відповідного компонування мікрокутера.
2.4 Визначення адгезії м’ясної сировини
Адгезія (липкість) фаршів ковбаси "Лікарська" та сосисок "Свинячі"
вимірювалась методом нормального відриву. Застосовувався пристрій для
вимірювання адгезії, побудований на базі важільних вагів (рис. 2.9-2.10).
81
а) б)
Рис. 2.9. Пристрій для вимірювання адгезії: а) - схема пристрою; б) -
загальний вид пристрою; 1 - ваги; 2 - ємкість із сировиною; 3 - шар сировини;
4 - пластина з досліджуваного матеріалу; 5 - вантаж, який створює тиск на
пластину; 6 - контрольний вантаж.
Рис. 2.10. Досліджувані пластини з конструкційних матеріалів:
1 – титановий сплав ВТ1-0; 2- корозійностійка сталь AISI 304; 3- фторопласт-
4; 4 - алюмінієвий сплав АМГ3; 5 - мідь М1Т; 6 - оцинкована сталь 08кп; 7 –
сталь Ст3.
82
На праву сторону рівноплечого коромисла було підвішена сережка зі
шалькою на іншу сторону сережка з досліджуваною пластинкою, яка
вступала в попередній контакт з сировиною (товщина слою фаршу складала
1∙10-3 м, температура t = 7-8 0C) під дією тиску 2000 Па на протязі 60 с. Потім
шальку навантажували сипучим матеріалом і фіксували вагу в момент
відриву пластинки. Вага контрольного вантажу вимірювалась електронними
вагами Zelmer з ціною поділки 1 г.
Використовувалось 7 пластинок з площею поверхні 0,01м2 кожна,
виготовлених з різних матеріалів, а саме: сталі Ст3; корозійностійкої сталі
марки AISI 304; титанового сплаву ВТ1-0; оцинкованої сталі 08кп з
полімерним покриттям; алюмінієвого сплаву марки АМГ3; міді марки М1Т
та фторопласту-4.
Фарш був попередньо подрібнений на кутері. Адгезія визначалась, як
питома сила нормального відриву від продукту за виразом:
, Па (2.1)
де P0 – зусилля нормального відриву, Н; S0 – площа перерізу досліджуваної
пластинки, м2; m – маса вантажу, кг.
Досліджено (таблиця 2.1, рис. 2.11) адгезійні властивості м'ясних
фаршів ковбаси "Лікарська" та сосисок "Свинячі". Найменші значення
адгезії властиві міді М1Т (126 Па для ковбаси "Лікарська та 154,8 Па для
сосисок "Свинячі"), титановому сплаву ВТ1-0 (143 Па для ковбаси
"Лікарська та 174,2 Па для сосисок "Свинячі") та конструкційній сталі Ст3
(146 Па для ковбаси "Лікарська та 174,5 Па для сосисок "Свинячі").
83
Натомість корозійностійкій сталі AISI 304 (262,6 Па для ковбаси
"Лікарська та 312,12 Па для сосисок "Свинячі"), фторопласту-4 (345 Па для
ковбаси "Лікарська та 406,4 Па для сосисок "Свинячі") та сталі 08кп з
полімерним покриттям (288,1 Па для ковбаси "Лікарська та 350,6 Па для
сосисок "Свинячі") властиві найбільші значення адгезії.
Дані результати свідчать про те, що ті види та марки конструкційних
матеріалів, які зазвичай рекомендуються для виготовлення конструкційних
елементів мікрокутерів (корозійностійка сталь AISI 304, фторопласт-4) не
дозволяють поліпшити витратні характеристики їх бункерів і таким чином
зменшити нагрів сировини при подрібненні. Доцільною є заміна таких
конструкційних матеріалів на мідь М1Т або титановий сплав ВТ1-0.
Таблиця 2.1
Адгезійні властивості м’ясних фаршів по відношенню до різних матеріалів
Марка матеріалу Значення адгезії для фаршу, Па
ковбаси "Лікарська" сосисок "Свинячі"
Сталь Ст3 146 174,5
Корозійностійка сталь AISI 304 262,6 312,12
Титановий сплав ВТ1-0 143 174,2
Оцинкована сталь 08кп
288,1 350,6
з полімерним покриттям
Алюмінієвий сплав АМГ3 205,8 244,2
Мідь марки М1T 126 158,4
Фторопласт-4 345 406,4
84
Рис. 2.10. Значення адгезії для конструкційних матеріалів:
1 - сталь Ст3; 2 - корозійностійка сталь AISI 304; 3 – титановий сплав ВТ1-0;
4 - оцинкована сталь 08кп з полімерним покриттям; 5 - алюмінієвий сплав
АМГ3; 6 - мідь М1T; 7 - фторопласт-4.
85
РОЗДІЛ 3. ОХОРОНА ПРАЦІ
ТА БЕЗПЕКА ПРОЕКТНИХ РІШЕНЬ
3.1 Аналіз потенційних небезпек та виробничих шкідливостей на
проектній дільниці
З точки зору охорони праці функціонування мікрокутерів є у
достатньому ступені безпечним, основнимим шкідливими або неюезпечними
факторами є обртові робочі органи – ножова головка. Вибір і розрахунок
необхідних пристосувань виконується тільки з технічної точки зору, тобто
правильний вибір виду впливу на сировину чи ін.
Технологічний процес вигтовлення ковбасних виробів м'ясопереробному
підприємстві є в достатній мірі безпечним у відношенні безпеки
життєдіяльності. Хоча при недотриманні правил техніки безпеки і аварійних
ситуаціях можливе отримання травми.
Спроектований ріазльний вузол забезпечує належну обробку сировини
та не потребує складних дій оператору при експлуатації.
Роботи, які виконуються в процесі виготовлення сметани відносяться до
робіт ІІ-ої групи важкості.
Загальний аналіз технологічного обладнання:
При виготовленні ковбас за прийнятою в проекті технологічною схемою
використовується наступне технологічне обладнання:
– Вертикальні достигачі;
– Шнекові живильники;
– Ваговий бункер;
– Мірний циліндр;
– Вовчок,
– мікрокутер;
– Колоїдний млин;
– Вакуумний шприц;
86
– 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
Вертикальні
-/ - + + +
достигачі
Шнекові
-/ + + + +
живильники
Ваговий
-/- + + + +
бункер
Мірний
-/- - + + +
циліндр
Вовчок -/- + + + +
Мікрокутер -/- + + + +
Вакуумний
-/- + + + +
шприць
За технікою безпеки роботи на даних типах обладнання небезпечними
факторами є:
Потоки тепло- та хладоносіїв;
Робочі органи мікрокутера, які здійснюють обертові рухи;
Джерела електричного струму;
Обертові шнеки живильників;
Рухомі елементи вагового бункера;
Швидкообертовий ротор мікрокутера;
87
Обертові шнеки вакуумного шприца;
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;
Проводимо подальший аналіз по шкідливим факторам
3.1.1Аналіз запиленості та загазованості
Використовуване технологічне обладнання на ділянці переробки м’яса
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
[15] і наведені в таблиці 3.2.
Таблиця 3.2 – Загазованість повітряного середовища
Величина ГДК мг/м3
Назва речевини
ГОСТ 12.1.005-88
Синтетичні миючі засоби 5
Хлор 1
Як видно з таблиці рівень загазованості не перевищує норми.
88
3.1.2Аналіз 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.
3.1.3Аналіз 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 ДБН В.2.5-28-2006 "Природне і штучне освітлення", роботи, якi
виконуються в процесі обробки вiдносяться до категорії робіт середньої
точності (III розряд, об'єкт розпiзнавання 0,3...0,5мм).
89
3.1.4 Аналіз шуму та вібрації
Шум видів устаткування, яке використовується, має
середньочастотний характер. Основними джерелами шуму та вібрацій є:
електродвигуни приводів шнекових живильників, мікрокутера, вакуумного
шприця, зубчасті передачi редукторiв приводів, підшипникові вузли, подача
тепло- та хладо агентів, подача мийно-дезинфікуючих засобів, процес миття
обладнання та безпосередньо сам процес обробки. Відповідно до ДСН
3.3.6.037-99 „Санітарні норми виробничого шуму, ультразвуку та
інфразвуку”, допустимий рiвень шуму складає 80 дБа. Значення в межах
норми.
Рівень вібрації не повинен перевищувати 92 дБ за ДСН 3.3.6.039-99
„Державні санітарні норми виробничої загальної та локальної вібрації”.
Для зниження вiбрацiї передбачено балансування швидкообертових
вузлів також 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
ДСН 3.3.6.037-99 „Санітарні норми виробничого шуму, ультразвуку та
інфразвуку” [17].
Нормувальне значення шуму в цеху наведено в таблиці 3.4.
Таблиця 3.4 - Допустимий рівень шуму.
Допустимий
Дільниця Джерело шуму
рівень шуму, дБа
Приймання та
Пили, механічні ножі 80
жиловки м’яса
Технологічної Кутер-мішалки,
обробки колоїдні млини, 80
м'ясопродутків вакуумні шприці
Теплової обробки Димогенератори, 80
90
ковбасних коптильні камери,
виробів клімокамери
Шкідливим фактором також є вібрація, виникаюча при роботі
обладнання внаслідок наявності неврівноважених силових дій. Вібрація
нормується згідно ДСН 3.3.6.037-99 „Санітарні норми виробничого шуму,
ультразвуку та інфразвуку”.
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
Дільниці Джерело вібрації вібрації на робочому
місці, дБ
Технологічної Кутер-мішалки,
обробки мікрокутери, 92
м'ясопродутків вакуумні шприці
3.1.5Аналіз пожежної безпеки
Речовини i матерiали, якi застосовуються в технологiчному процесi
виготовлення є пожежобезпечними. Згiдно з НАПБ Б.03.002-2007 „Норми
визначення категорій приміщень, будинків та зовнішніх установок за
вибухопожежною та пожежною небезпекою” дiльниці вiдносяться до
категорiї "Д"- негорючі речовини і матеріали в холодному стані.
Для запобiгання пожежi необхідно передбачити:
-захист електрообладнання вiд струмiв короткого замикання плавкими
запобiжниками;
- захист електроприладiв вiд перенавантаження , тобто , автоматичне
91
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
розташованi засоби гасiння пожежi. Також необхідно передбачити шляхи для
евакуацiї шириною не менш 3м. Вiдстань вiд робочого мiсця до виходу не
повинна первищувати 35 м.
3.1.6Аналіз електробезпеки загальний
Електрозабезпечення верстатів 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 ;
- 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
92
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
3.1.7 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.
3.1.8 Пожежна безпека
Так як в цеху проходить обробка м'ясопродуктів, то дане виробництво
відноситься до категорії безпеки Д.
В цеху є 2 евакуаційних виходи. Відстань від найбільш віддаленого
евакуаційного виходу до робочого місця не перевищує 30мм.
Для гасіння пожежі в цеху є внутрішній пожежний водопровід з
шістьма пожежними кранами.
93
Крани розміщені в легко доступних місцях на відстані від підлоги,
мають рукав та ствол, які знаходяться в спеціальних шафах.
В цеху є два пожежні щити на кожному з яких є два вогнегасника та
один вуглекислотний, відро, дві сокири. Біля кожного щита є ящик з піском.
3.1.9 Захист від обертаючих та рухомих частин обладнання
Для захисту від рухаючихся частин обладнання, використовують захисні
решітки, екрани, засоби індивідуального захисту.
Для запобігання захвату частин одягу та волосся рухомими та
обертаючими частинами обладнання використовують спеціальний одяг
(берети, нарукавники).
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
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;
94
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 біля робочих місць повинні
мати написи, що зазначають характер сигналу.
Сигнально-попереджувальне пофарбування небезпечних елементів
технологічного устаткування повинно відповідати вимогам ДСТУ ГОСТ
12.2.061:2009 „ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования
безопасности к рабочим местам”.
.
У процесі роботи устаткування не дозволяється проштовхувати
сировину до робочих органів руками, для цього потрібно використовувати
спеціальний інвентар (дерев`яні проштовхувачі, лопатки тощо).
95
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.
3.2 Дія вібрації на оператора мікрокутера
При дії вібрації на організм людини спостерігаються зміни в діяльності
серцевої та нервової систем, спазм судин, зміни у суглобах, що призводить
до обмеження їх рухомості. При нетривалій дії вібрації працівник передчасно
втомлюється, при цьому його продуктивність праці знижується. Тривала дія
вібрації може спричинити професійне захворювання — вібраційну хворобу.
Під час розвитку цієї хвороби з'являється оніміння, відчуття повзання
мурашок, біль у суглобах тощо. Слід зазначити, що ефективне лікування
вібраційної хвороби можливе лише на ранній стадії її розвитку. Особливо
небезпечна вібрація робочих місць з частотою, яка є резонансною з частотою
коливання окремих органів чи частин тіла людини, що може призвести до їх
механічного пошкодження. Для більшості внутрішніх органів людини
частота власних коливань становить 6—12 Гц. Ступінь та характер впливу
вібрації на організм людини залежить не лише від виду та параметрів, а
також і від напрямку її дії. Тому вібрація поділяється залежно від осей
ортогональної системи координат X, Y, Z, вздовж яких вона діє (рис. 11.1).
96
Особливо чутливий організм людини до вертикальної загальної вібрації
(вздовж осі Z), коли коливання передаються від ніг до голови.
Рисунок 3.1. Напрямок координатних осей при дії загальної (а,б) та локальної
(в) вібрації:
а – положення стоячи, б – положення сидячии.
3.2.1 Основні вимоги щодо віброізоляції агрегатів
Віброізоляція агрегатів досягається встановленням їх на спеціальні
віброізолятори (пружні елементи, що мають невелику жорсткість),
застосуванням гнучких елементів (вставок) в системах трубопроводів та
комунікацій, з’єднаних з вібруючим обладнанням, застосуванням м'яких
еластичних прокладок для трубопроводів та комунікаціях в місцях проходу
їх через огородження і в місцях кріплення до огороджувальних конструкцій.
Як гнучкі вставки можна використовувати гумово-тканинні напірні
рукави або рукави гумово-тканинні з металевими спіралями.
Для зниження вібрацій, що передаються на несучу конструкцію,
застосовуються пружинні або гумові віброізолятори.
Для агрегатів, що мають швидкість обертання менше 1800 хв-1, слід
застосовувати пружинні віброізолятори; при швидкості обертання понад
97
1800 хв-1 допускається застосування і гумових віброізоляторів. Однак термін
експлуатації гумових віброізоляторів не перевищує трьох років. Сталеві
(пружинні) віброізолятори довговічні і надійні, проте вони ефективні при
віброізоляції низьких частот і недостатньо знижують передачу вібрацій
більш високих частот.
Гумові віброізолятори мають велике внутрішнє тертя, їх
використовують у випадках, коли необхідно зменшити час затухання власних
коливань та амплітуду коливань у резонансних режимах.
Пружний елемент гумового віброізолятора працює на стиснення або на
зсув. Віброізоляція при роботі гумового елемента віброізолятора більш
ефективна на зсув, ніж на стиснення, оскільки модуль пружності гуми на зсув
значно менший, ніж модуль пружності на стиснення. Застосовуються також
віброізолятори, в котрих використовуються пружні властивості стисненого
повітря. Пневмогумові віброізолятори прості за конструкцією і мають високі
віброізолювальні властивості. Вони накладаються один на одного або
розкладаються паралельно при встановленні важкого обладнання. Машини з
динамічними навантаженнями (вентилятори, насоси, компресори тощо) слід
жорстко монтувати на важкій бетонній плиті або металевій рамі, котра
спирається
на віброізолятори. Застосування важкої плити знижує амплітуду
коливань агрегата, встановленого на віброізоляторах. Плита також
забезпечує жорстке центрування з приводом і знижує розташування центра
ваги установки, наближаючи його до центра жорсткості віброізоляторів.
98
Рисунок 3.2 – Пружинний віброізолятор типу ДО:
1 — сталева пружина; 2 — опірна плита; 3 — сталева шайба під кріпильний
болт; 4 — гумова шайба; 5 — гумова прокладка;
Проектування віброізолювальної основи для обладнання слід
здійснювати за допомогою спеціальних розрахунків або підбирати за
типовими кресленнями.
Ефективність віброізоляції залежить від відношення частоти збудження
та власної амплітуди коливань системи. Віброізолятори знижують передачу
динамічних сил на захищуваний об'єкт при умові:
f
2 , (3.1)
f 0
де f — частота збудження, Гц;
f0 — власна частота системи, Гц.
Власна частота системи визначається з відношення
1 K 1 Kg 5
f0 , (5.2)
2 m 2 Q ñò
(3.2)
де m = Q/g — маса віброізольованого об'єкта, кг;
Q — силове навантаження на віброізолятори, Н;
g — прискорення вільного падіння, м/с2;
γст — статична деформація віброізоляторів, γст =Q/K.
99
Коефіцієнт передачі при гармонійних коливаннях без врахування
затухання у віброізоляторах можна визначити за формулою
1
(5.3)
2
f
1
f0 , (3.3)
Основні параметри віброізоляторів:
- жорсткість, Н/м;
- відношення жорсткостей в різних напрямках;
- коефіцієнт в'язкого тертя, Н·с/м;
- допустима деформація під навантаженням, м.
Віброізолятори виготовляють зі сталевих пружин, гуми, а також
застосовуються комбіновані гумовометалеві та пружинно-пластмасові
амортизатори.
Пружинні віброізолятори довговічні і мають високу віброізолювальну
здатність. Однак внаслідок невеликого внутрішнього тертя вони погано
розсіюють енергію зливань. Тому затухання коливань машини, котра
встановлена на пружинних броізоляторах, відбувається за 15—20 періодів.
3.2.2. Розрахунок віброізоляції
Розрахуємо віброізоляцію мікрокутера, встановленого на важкому
залізобетонному перекритті.
Вихідні дані:
Швидкість обертання електродвигуна – 1460 хв-1.
Маса всієї установки — 600 кг.
Ексцентриситет обертових деталей Σ = 0,2 мм.
Вага обертових частин електродвигуна Роб = 400 Н.
100
Згідно з наведеними вище рекомендаціями вибираємо пружинні
віброізолятори. За літературними даними знаходимо необхідну ефективність
віброізоляції ∆LН = 20 дБ. Визначаємо розрахункову частоту змушуючої
сили:
N 1500 (3.5)
f 25Гц
60 60
За рекомендаціями [3] визначаємо fдоп =18 Гц.
Визначаємо допустиму амплітуду зміщення, за рекомендаціями [3], та
беручи до уваги той факт, що швидкість обертання електродвигуна = 1500хв-1
. Приймаємо допустиму амплітуду зміщення=0,07мм.
Визначаємо мінімальну необхідну масу віброізольованої установки:
2,5 0,2 400
M Н 2857Н (3.6)
0,07
Маса агрегата менша, ніж необхідна маса установки.
Приймаємо масу віброізолювальної установки Мн=3000Н
Загальна маса М буде складати:
М = Му + Мр = 600 + 3000 = 3600 кг. (3.7)
Визначаємо необхідну сумарну жорсткість віброізоляторів у вертикальному
напрямку.
Кz.н.= 4π2 ·2,222·3600 =382000 Н/м.
Число пружин у кожному кущовому вїброізоляторі приймаємо рівним
шести (m = 6), визначаємо статичне та максимальне навантаження на одну
пружину:
101
36000
Рст 210Н , (3.8)
4 4
1.5 103 4 3.142 252 0.07
Рмах. роз. 2250 2250 519Н , (3.9)
4 4
Визначаємо допустиму жорсткість однієї пружини за формулою:
Kz.н. 699725
Кн 47750Н / м,
4 4 4 4
При допустимій частоті fдоп вертикальних коливань віброізольованої
установки не більше 18 Гц і фактичному робочому навантаженні на один
віброізолятор 2250 Н підбираємо пружину для віброізолятора. Це типова
пружина, для якої:
Pmax 550H Pmax. розр. 519Н (3.10)
Kz 45000H Kн 47750Н (3.11)
Параметри пружини з табл. 5.4:
- діаметр дроту d = 6 мм.;
- діаметр пружини Д = 54 мм;
- висота пружини в ненавантаженому стані Н= 114 мм;
- повна висота пружини в ненавантаженому стані Н0=75мм
- Повна довжина дроту l = 1370 мм
Визначаємо ефективність, забезпечувану віброізоляторами:
1 45000 9.8
f0 16Гц (3.12)
2 418
242
L 20 1g ( 1) 47 LH 26дБ ( 3.13)
162
Визначаємо параметри пружини в робочому стані (під навантаженням)
103 4775
Н 106мм. (3.15)
45000
Нр 114 106 8мм. (3.16)
102
Н
13.25 (3.17)
Нр
Нр
0.14 (3.18)
Д
3.3 Цивільна оборона
Цивільна оборона України є складовою частиною соціальних та захисних
заходів, які проводяться в мирний і воєнний час з метою захисту населення і
народного господарства від наслідків аварій, катастроф, стихійного лиха і
сучасних засобів ураження. Цивільна оборона України організується за
територіально-виробничим принципом на всій території і являє собою
сукупність структур державного управління, підприємств, організацій і
спеціально створених органів керівництва та сил цивільної оборони. Заходи
цивільної оборони проводяться на всій території держави, як правило,
заздалегідь, з врахуванням особистостей кожного району.
Нормальна робота багатьох підприємств залежить від безперервного їх
забезпечення технічною і питною водою. Потреба промислових підприємств
у воді порівняно велика. Порушення у постачанні водою промислових
об’єктів може призвести до їх зупинки і викликати труднощі в проведенні
рятувальних робіт в районі стихійного лиха, аварії, катастроф або
застосуванні сучасної зброї. Для підвищення стійкості постачання об’єктів
водою необхідно, щоб система водопостачання здійснювалась не менше, ніж
від двох незалежних джерел, одне з яких бажано влаштовувати підземним.
В містах і на об’єктах трубопроводи водопостачання у всіх випадках повинні
бути закільцьовані. Водопровідне кільце об’єкту повинне наповнюватись від
двох різних міських магістралей. Крім того, в містах і, зокрема, на
промислових підприємствах належить споруджувати герметизовані
артезіанські колодязі. Новоспоруджені системи слід наповнювати водою,
якщо це можливо, від підземних джерел. Постачання об’єктів водою з
103
відкритих водойм ( рік, озер) повинно виконуватись системою головних
споруд, розташованих поза зоною можливих сильних зруйнувань.
Артезіанські свердловини, резервуари чистої води і шахтні криниці
повинні бути пристосовані для розливання води в пересувну тару. Резервуари
чистої води треба устаткувати герметичними люками і вентиляцією з
очисткою повітря від пороху. Стійкість мережі водопостачання підвищується
при заглибленні в грунт всіх ліній водопроводу і розташування належних
гідрантів і відключаючих пристроїв на території, яка не може бути
заваленою, а також пристроїв перемичок, які дозволяють відключати
пошкодження ланки і споруди. На підприємствах треба передбачити
оборотне використання води для технічних цілей, що зменшує загальну
потребу у воді і відповідно, підвищує стійкість водозабезпечення. Для
підготовки та проведення рятувальних робіт на об’єктах, що мають
відповідну базу, створюються служби: оповіщення та зв’язку, протипожежна,
аварійно-технічна, охорони громадського порядку, медична, матеріально-
технічного забезпечення, транспорту, протирадіаційного і хімічного захисту,
сховищ. Начальникам ЦО об’єкту є його керівник. Він несе повну
відповідальність за забезпечення захисту виробничого персоналу та
населення, постійну готовність за забезпечення захисту виробничого
персоналу та населення, постійну готовність органів управління, сил і засобів
проведення рятувальних та інших невідкладних робіт. З працюючими на
підприємстві проводяться навчальні заняття з метою виконання поставлених
завдань.
104
ВИСНОВКИ
В ході виконання магістерської роботи було:
- виявлено закономірності руху сировини в робочих зонах мікрокутерів
залежно від конструктивних параметрів робочих зон даних машин;
- встановлено значення адгезійних властивостей м’ясної сировини, яка
найчастіше переробляється в мікрокутерах.
- вироблено рекомендації щодо конструктивного виконання бункеру
мікрокутеру задля забезпечення його високої пропускної
спроможності;
- визначено марки матеріалів, використання яких може суттєво знизити
адгезію сировини до стінок бункера і таким чином підвищити
швидкість руху сировини з бункера мікрокутера до його різального
вузла;
- розроблено конструкцію роторів та статорів, використання яких
дозволяє автоматизувати процес переналагодження ступеню
подрібнення сировини.
Виконано техніко-економічне обґрунтування роботи, проведено огляд
типів конструкцій мікрокутерів, які застосовуються в харчовій
промисловості, описано принцип роботи технологічної лінії по виготовленню
варених ковбас та конструкцію розробленого мікрокутера. Проведено огляд
відомих літературних джерел та виконано аналіз конструкцій вузлів
мікрокутерів. Виконано технологічний та кінематичний розрахунки.
Виконано наукові дослідження особливостей гідродинаміки сировини при її
русі з бункера мікрокутера до різального вузла. Розроблено заходи з охорони
праці та розраховано економічну ефективність використання розробленої
конструкції. Очікуваний економічний ефект від впровадження
запропонованих рекомендацій становить 274 тис. 315 грн. з терміном
окупності Ток=1,5 року.
105
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Некоз, О. І. Обґрунтування шляхів зменшення нагріву фаршу при його
подрібненні в емульситаторі / О. І. Некоз, О. В. Батраченко, К. А.
Мирошніченко // Вісник ЧДТУ. – 2015. - № 2. – С. 91-98.
2. Вербицький, С. Б. Вдосконалення процесу тонкого подрібнення м’ясної
сировини та розроблення емульситаторів роторного типу: дис....
кандидата техн. наук: 05.18.12 / Вербицький Сергій Борисович. – Київ,
2014. – 284 с.
3. Мирошніченко, К. А. Витратні характеристики бункерів емульситаторів
/ К. А. Мирошніченко, О. В. Батраченко // Вісник Хмельницького
національного університету. – Хмельницький: ХНУ, 2016. – №5. – С. 14-
18.
4. Mincing machine for mincing a product. Patent USA № 2016/0051990 Al,
B02C18/304, 25.02.2016.
5. Промисловий каталог фірми Maschinenfabrik Laska GmbH [Електронний
ресурс]. – Австрія, 2017. – Режим доступу : <www.laska.at>.
6. Промисловий каталог фірми Stephan Machinery GmbH & Co.
[Електронний ресурс]. – Німеччина, 2017. – Режим доступу :
<www.stephan-machinery.com >.
7. Промисловий каталог фірми KILIA Fleischerei- und Spezial Maschinen
Fabrik GmbH [Електронний ресурс]. – Німеччина, 2017. – Режим доступу
: <www.kilia.com>.
8. Промисловий каталог фірми Karl Schnell GmbH & CO. KG [Електронний
ресурс]. – Німеччина, 2017. – Режим доступу : <www.karlschnell.de>.
9. Промисловий каталог фірми Maschinenfabrik Seydelmann KG
[Електронний ресурс]. – Німеччина, 2017. – Режим доступу : <
http://www.seydelmann.com>.