Конструкторская часть

3.1 Технологические требования и обоснования доработки конструкции фаршемешалки

Перемешиванием называется процесс получения однородных систем. Потребность в перемешивании возникает в производстве в том случае, когда требуется интенсифицировать тепловые про­цессы. Перемешивание может быть основным и сопутствующим процессом.

К фаршемешалкам предъявляются следующие требования:

- фаршемешалка должна обеспечивать равномерное и эффективное перемешивание легких и тяжелых фракций загружаемого продукта;

- крышка фаршемешалки конструктивно закреплена на каркасе, оснащена устройством блокировки;

- надежная работа во влажных помещениях;

- материал фаршемешалки должен допускать контакт с пищевыми продуктами;

- конструкция фаршемешалки должна допускать санитарную обработку всех областей, контактирующих с пищевыми продуктами.

Способы перемешивания, выбор оборудования для его проведения определяются целью перемешивания и агрегатным состоя­нием перемешиваемых сред. Наиболее распространенные способыперемешивания — с помощью мешалок различных конструк­ций (механическое), сжатым воздухом, паром или инертным газом (пневматическое), с помощью сопел и насосов (циркуля­ционное), непрерывное перемешивание за счет тесного сопри­косновения в потоке двух или более разнородных жидкостей (поточное).

Основные способы перемешивания представлены на рисунке 3.1

Рисунок 3.1 – Основные способы перемешивания

Механическое перемешивание – перемешивание сред с помощью устройств с различной комбинацией лопастей. Особенности применяемых мешалок связаны с конструкцией и расположением исполнительных органов, углов выгрузки продуктов и материалов, из которых они изготовлены. Они бывают горизонтального и вертикального типов. Мешалки могут быть со стационарными и отъемными корытами. Из мешалок со стационарными корытами фарш выгружают через люки, расположенные в нижней торцевой части корыта, или его опрокидыванием, а с отъемной чашей – только ее опрокидыванием. В зависимости от конструкции мешалки, добиваются необходимый технологический эффект перемешивания.

Пневматический процесс перемешивания осуществляется с помощью сжатого газа (пара, инертного газа), пропускаемого через слой смеси. В результате движения газа, происходит перемещение слоев смеси. Способ имеет ограниченное применение.

Циркуляционное перемешивание осуществляется с помощью насосов или сопел из аппарата в аппарат (по замкнутому контуру). Интенсивность перемешивания определяется кратностью режима циркуляции.

Поточное перемешивание – процесс смешивание осуществляется за счет кинетической энергии жидкости или газа, при их движении в рабочем пространстве аппарата. Способ во многом связан с вязкостью перемешиваемых сред и их движения.

Технологические требования к способу перемешивания:

- Обеспечение равномерного распределение всех компонентов;

- Быстрота перемешивания вязких продуктов;

- Невысокая стоимость технологического оборудования;

- Высокая степень механических операций;

- Возможность перемешивания различных видов сырья за минимальный промежуток времени;

- Обеспечение полного и быстрого гигиенического обслуживания;

- Простота конструкции при обслуживании и эксплуатации;

- Материал должен допускать контакт с пищевыми продуктами и быть коррозионностойким.

В таблице 3.1 представлен анализ различных способов перемешивания.

Таблица 3.1 – Анализ способов перемешивания

Продолжение таблицы 3.1

В мясной промышленности наибольшее распространение по­лучило механическое перемешивание, применяемое в качестве ос­новной (при производстве колбасных изделий, фаршевых консер­вов и полуфабрикатов) или сопутствующей (при производстве со­леных и копченых мясных продуктов, пищевых и технических жиров, клея, желатина, органопрепаратов, переработке крови) операции.

Для перемешивания применяют оборудование периодического и непрерывного действия. К первой группе относятся фаршеме­шалки, а ко второй группе — фаршесмесители. Про­цесс перемешивания в фаршемешалках и фаршесмесителях про­ходит как при контакте с окружающим воздухом (открытые), так и при разрежении (вакуумные).

3.2 Анализ способов выполнения процессов

От конструкции мешалки зависит необходимый технологический эффект перемешивания. Мешалки по расположению исполнительных органов бывают горизонтального и вертикального типа. В горизонтальных фаршемешалках исполнительный (перемешивающий) орган закреплен на горизонтальном валу, а в вертикальном – на вертикальном. В последних перемешивающий орган опускается в чашу, а в горизонтальных фаршемешалках имеется один или два горизонтальных вала, на которых расположены перемешивающие органы. Анализ конструкций фаршемешалок приведен в таблице 3.2

Таблица 3.2 – Анализ конструкций фаршемешалок

Проанализировав данные типы конструкции, выбираем горизонтальный, т.к. при сравнительно невысокой стоимости, он обладает малыми затратами на обслуживание, энергию и высоким качеством перемешивания.

3.3 Выбор конструкции

Для осуществления крепления лопастей в горизонтальном типе фаршемешалки существует несколько методов, которые должны отвечать следующим технологическим требованиям:

- Простота в эксплуатации;

- Возможность быстро и качественно проводить санитарную обработку.

Каждый из методов имеет свои достоинства и недостатки, которые мы рассмотрим в таблице 3.3

Таблица 3.3 – Анализ способов крепления лопастей мешалки

Проанализировав выше перечисленные способы крепления, больше всего подходит для нашего случая болтовое крепление. Этот способ больше всего подходит по нашим требованиям, но необходимо произвести небольшую инженерную доработку.

3.4 Расчет узла, подлежащего разработке

Фаршемешалка перед монтажом претерпевает изменения, в основном, в комплектации, так, например, для лучшего монтажа лопастей разрабатываем узел крепления лопастей к валу.

Весь конструктивный расчёт будет направлен на разработку той части лопасти, которая непосредственно крепится к валу.

Крепление лопасти служит опорой для всей лопасти. В течение рабочего цикла место крепления испытывает значительные напряжения, вызванные сопротивлением перемешиваемого материала.

Таким образом, возникает необходимость расчёта допускаемой нагрузки на место крепления лопасти, если допускаемое напряжение стали оси . Допускаемая нагрузка не должна превышать 15 кН. Также рассчитаем из условий прочности с учётом допускаемого напряжения .[11]

На рисунке 3.1 представлена схема нагрузки на ось.

Рисунок 3.1 – Схема нагрузки на ось.

1. Из условия прочности:

(3.1)

, (3.2)

где F– площадь поперечного сечения, мм².

, (3.3)

Выбранное крепление удовлетворяет условиям прочности на растяжение и покрывает допустимую нагрузку в 15 кН.

2. Напряжение при сдвиге из условия прочности:

- условие прочности при сдвиге

(3.4)

(3.5)

где i – число плоскостей сдвига

- условие прочности на изгиб

(3.6)

где t_{сум. мин} – оптимальная суммарная толщина.