Лабораторна робота

ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕХН1КО-ЕКОНОМІЧНИХ ПОКАЗНИКІВ М'ЯСОРУБОК

Мета роботи - Вивчити робочі параметри, конструкцію та принцип дії машин для подрібнення м'яса - м'ясорубок. Для цього необхідно:

1. Вивчити конструкцію і будову робочої камери м'ясорубок.

2. Оволодіти будовою робочих органів м'ясорубки - шнека, ножів, що обертаються, нерухомих решіток з отворами різних діаметрів.

3. Зробити ескізи робочих органів м'ясорубки і скласти кінематичну схему будь-якої м'ясорубки за правилами ЕСКД.

4. Вивчити правила експлуатації м'ясорубок, їх теоретичну продуктивність та коефіцієнт ущільнення продукту витками шнека.

1 Характеристика процесу подрібнення м'яса та машин для його реалізації

На підприємствах харчування для подрібнення м'яса та риби використовують м'ясорубки. За структурно-механічними властивостями м'ясо та рибу відносять до складних продуктів. М'ясо складається з м'язової, жирової та з'єднувальної тканин. Під час подрібнення на м'ясорубці до м'яса ставляться вимоги: подрібнення має бути без залишку, без віджиму соку, розміри частинок маси не більші діаметра отворів ножової решітки.

Залежно від продуктивності м'ясорубки існують: побутові, продуктивністю до 20 кг/год; для підприємств харчування, продуктивністю до 400 кг/год; промислові, продуктивністю більше 500 кг/год. Всі сучасні моделі м'ясорубок, незважаючи на їхню різноманітність, мають однакову принципову будову. Сьогодні електричні м'ясорубки випускаються двох типів: з індивідуальним приводом як настільного, так і напільного виконання, а також змінні виконавчі механізми до універсальних приводів.

М'ясорубки мають горизонтальну робочу камеру у вигляді пустотілого циліндра з оребреною внутрішньою поверхнею. Ребра мають вигляд гвинтових або подовжніх канавок. Кут підйому гвинтової лінії, залежно від моделі, коливається від З0 до 50°. Більшість конструкцій має від 3 до 5 заходів гвинтових канавок. Глибина і ширина канавок коливається в незначних межах, обумовлених геометричними розмірами робочої камери та шнека. Гвинтова нарізка робочої камери забезпечує ефективне просування кускових продуктів від завантажувального пристрою до ріжучого механізму.

Механізмом подачі м'ясорубки є шнек, що має крок витків, який зменшується у бік розвантаження в 2...3 рази. Зменшення міжвиткового простору шнека за нерівномірного завантаження забезпечує ущільнення кускових продуктів для створення монолітної маси продукту і додаткового тиску в зоні різання, що частково забезпечує вдавлення і відрізання продукту в отворах ножових решіток.

Шнеки сучасних конструкцій м'ясорубок мають принципово однаковий устрій і відрізняються геометричними розмірами, кутами підйому гвинтової лінії, коефіцієнтом ущільнення, класами обробки поверхонь, матеріалами, технологіями їхнього виготовлення та деякими іншими параметрами. Здатність шнека подавати продукт залежить від кількості заходів та кута підйому його гвинтової лінії, форми та розмірів міжвиткових впадин, кількості витків, частоти обертання, довжини шнека, кута підйому і кута профілю останнього витка.

На продуктивність м'ясорубок впливає і довжина гвинтової ділянки шнека. За незначної довжини черв'яка та малої кількості витків зростає зворотний плин сировини. Збільшення кількості витків до 5-6 приводить до зменшення зворотного плину продукту і до підвищення продуктивності м'ясорубок. Подальше збільшення довжини шнека та кількості витків стабілізує продуктивність, збільшуючи питому витрату енергії.

Основним конструктивним елементом м'ясорубки є його ріжучий механізм. Ріжучий механізм складається з нерухомої підрізної решітки, обертових ножів та нерухомих ножових решіток (рисунок 3.1). Нерухома підрізна решітка більшості вітчизняних м'ясорубок складається з внутрішнього та зовнішнього кільця, з'єднаних трьома перемичками, заточених з одного боку. Ріжучий край перемичок розташовано під гострим кутом до радіуса. Ножі, які обертаються, зазвичай мають радіальні леза з двома ріжучими площинами. Ножі об'єднані в окремі хрестовини, кожна з яких має по чотири промені.

а, б, в - ножі з чотирма лезами; г - ніж з трьома перами; д - ніж з п'ятьма перами; е - ножова решітка з отворами, розмішеними перпендикулярно ріжучій площині; є, ж - підрізні решітки з отворами криволінійної форми; з - ножова решітка з отворами, розміщеними під кутом до ріжучої площини

Рисунок 3.1 — Форми ріжучих робочих органів різних м'ясорубок

Нерухомі ножові решітки мають вигляд дисків з круглими отворами і є парними деталями до ножів. У вітчизняних м'ясорубок, що використовуються на підприємствах харчування, ріжучий механізм комплектується трьома решітками з діаметрами отворів 3; 5 та 9 мм.

Ножі та решітки надягають на стальний палець з паралельними лисками, стальний палець вкручений в шнек. Решітки насаджуються на палець шнека вільно і утримуються від прокручування шпонкою, що закріплена в корпусі м'ясорубки. Щільне прилягання робочих площин ножів до решіток забезпечується упорним фіксуючим кільцем і затискною гайкою.

Ефективність роботи ріжучого механізму складається з багатьох факторів; комплектності, конструкції окремих елементів, матеріалу, ступеня їхнього затягування і зносу, структурно-механічних властивостей продукту, що подрібнюється, технологічного призначення процесу та Інших факторів.

Для отримання якісного подрібненого продукту використовують робочі органи різної конструкції. Так, ножі, що обертаються, можуть мати 3…6 лез, їх ріжучі краї розміщають не лише радіально, а й під кутом до радіуса ножа. Ріжучий край леза ножів може мати як прямолінійну, так і криволінійну форму (рис. 3.1).

Використання ножів з ріжучими краями криволінійної форми та прямолінійної форми, розміщеними під кутом до радіуса ножа приводить до більш якісного подрібнення тому, що в даних конструкціях ріжучих ножів відбувається ковзке різання. Окрім того в деяких конструкціях ріжучих робочих органів кут заточення ріжучих країв може бути гострим, що приводить до покрашення якості отримуваних фаршів та до зниження енергозатрат. Для збільшення зносостійкості ножів у деяких конструкціях використовують зйомні леза з високоміцних матеріалів. Підрізні решітки м'ясорубок бувають з отворами різної криволінійної форми (рисунок 3.1).

У ножових решітках отвори, переважно, розміщені в шаховому порядку перпендикулярно або під кутом до робочої поверхні. З розміщенням отворів під кутом до робочої поверхні зменшуються сили різання та збільшується швидкість руху продукту через отвори решітки.

Найбільш розповсюдженим є ріжучий механізм, що складається з прийомної (підрізної), проміжної і вихідної ножових решіток, з двома двосторонніми багатозубими обертовими ножами різної геометричної форми.

Однак існують м'ясорубки і з іншою комплектацією ріжучого механізму, наприклад з одним однобічним ножем та одною вихідною ножовою решіткою, з механізмом половинної ріжучої системи, який складається з приймальної та вихідної ножових решіток і двобічного ножа. Випускаються м'ясорубки з ріжучим механізмом, що складається з двох двобічних ножів і трьох ножових решіток (підрізної, проміжної та вихідної). Діаметр отворів ножових решіток, якими комплектуються описані ріжучі механізми, складає 2.0, 3.0, 3.5, 4.5...20 мм. Моделі м'ясорубок різних фірм мають різну комплектність ріжучого механізму.

2 Методика розрахунку

І. Теоретична продуктивність м'ясорубок розраховується за формулою

(3.1)

де Q_т — теоретична продуктивність, кг/год;

F₀ - сумарна площа отворів, м^г;

U₀ — швидкість проходження продуктів через отвори першої ножової решітки, м/с;

φ – коефіцієнт використання площі, отворів ножових решіток (для першої ножової решітки φ =0, 7...0.8);

ρ - густина продукту кг/м³, (для м'яса ρ = 1000кг/м³).

Сумарна площа отворів ножової решітки розраховується за допомогою формули

(3.2)

де d – діаметр отвору решітки, мм;

z₀ – число отворів ножової решітки, шт.

Швидкість проходження продукту крізь отвір розраховується за допомогою наступної формули:

(3.3)

де п - частота обертання шнека, хв^-1;

r_н - зовнішній радіус останнього витка шнека, м;

r_в - внутрішній радіус останнього витка шнека, м;

k_β – коефіцієнт об'ємної подачі (k_β =0, 35...0, 4);

β _n - кут підйому гвинтової лінії останнього витка шнека, град.

Якість подрібнення м'яса на м'ясорубці залежить від конструктивного оформлення останнього витка шнека. Нормальна робота м'ясорубки забезпечується тоді, коли кут профілю останнього витка шнека α = 0, а кут підйому гвинтової лінії останнього витка не перевищує розмір кута тертя (β _n=7...11°). Розміри кута підйому гвинтової лінії останнього витка можна розрахувати з відношення:

(3.4)

звідки

де t₀ – крок останнього витка шнека, м;

d_сер - середній діаметр шнека, м.

(3.5)

де d_з – зовнішній діаметр шнека, м;

d_в – внутрішній діаметр шнека, м.

Коефіцієнт ущільнення частково впливає на продуктивність м'ясорубки, його значення може бути розраховане за формулою

(3.6)

де t₁, t ₀- відповідно, крок першого та останнього витків шнека, м.

Нормальна робота м'ясорубок забезпечується за умови, що K_y = 2, 5...3, 0.

Коефіцієнт використання площі ножових решіток коливається в межах 0, 6...0, 7 і може бути розрахований за наступною формулою:

(3.7)

де F ₀ – сумарна площа отворів ножової решітки, м²;

F_n – площа решітки, обмежується довжиною леза, що обертається, м².

F_n розраховується за формулою:

(3.8)

де - відповідно, відстань від осі обертання до кінця леза ножа, що обертається, та відстань від осі до початку леза ножа, що обертається, м

2. Потужність електродвигуна приводу м'ясорубки визначають за формулою

(3.9)

де - потрібна потужність м'ясорубки, кВт;

- потужність, яка витрачається на розрізання продукту в ріжучому механізмі, Вт;

- потужність, яка витрачається на подолання тертя в ріжучому механізмі, Вт;

- потужність, яка витрачається на подолання тертя шнека об продукт і на просування продукту від завантажувального пристрою до ріжучого інструменту, Вт.

Потужність, яка витрачається на розрізання продукту в ріжучому механізмі визначаємо за формулою

(3.10)

де - площа ножової решітки, м²;

- коефіцієнт використання площі першої ножової решітки;

- коефіцієнт використання площі другої ножової решітки;

а - питомі витрати енергії на перерізання продукту, Дж/м²; а = (2.5...3, 5)·10⁵ Дж/м²;

z – кількість пір'їв ножа, шт.

Визначаємо площу ножової решітки за формулою

(3.11)

де d_p – діаметр ножової решітки, м.

Знаходимо коефіцієнт використання площі для першої та другої ножових решіток за формулами

(3.12)

(3.13)

Потужність, яка витрачається на подолання тертя в ріжучому механізмі, визначаємо за формулою

(3.14)

де - зусилля затягнення ріжучого механізму, Н;

- зовнішній радіус обертального ножа, м;

- внутрішній радіус обертального ножа, м;

- коефіцієнт тертя ковзання ножа об решітку з продуктом, =0, 1;

- кількість площин різання.

Зусилля затягнення ріжучого механізму визначається за формулою

(3.15)

де Р – усереднений тиск на поверхні стику ножів та решіток, Па; Р =(2...3)·10⁶ Па;

b – ширина площі контакту леза ножа та решітки, м.

Потужність, яка витрачається на подолання тертя шнека о продукт и на просування продукту від завантажувального устрою до ріжучого інструменту визначається за формулою

(3.16)

де Р₀ -тиск за останнім витком шнека, Па; Р₀ =(3, 0...5, 0·10⁵ Па;

m – кількість витків шнека, шт.:

t_сер – середній крок між витками шнека, м;

f₁ – коефіцієнт тертя продукту об шнек.

(3.17)

де - середній кут підйому витків шнека, град; =12°.

3 Методика виконання роботи

1. При вивченні робочої камери звертають увагу на виконання внутрішньої поверхні корпусу м'ясорубки, кількість та розташування ребер і напрямок гвинтової лінії. Результати заносять до спостережень (таблиця 3.1).

2. Під час вивчення будови робочих органів необхідно звернути увагу на їх призначення. Вони поділяються на ті, що подають (шнек), та ті, що подрібнюють (ножі, решітки).

При вивченні будови шнека звертають увагу на кількість та відстань витків шнека, на оформлення останнього витка. Виконати вимірювання кроків першого та останнього витків, зовнішнього та внутрішнього діаметрів шнека, звернути увагу на напрямок його обертання. Результати вимірювання занести до спостережень (таблиця 3.1).

При вивченні ріжучих інструментів звертають увагу на конструктивне оформлення нерухомих ріжучих решіток, ножів, що обертаються, та ножових решіток, на розташування ріжучих країв. Виміряють діаметр отворів решітки, розраховують їх кількість; виміряють мінімальний та максимальний радіуси ножів, що обертаються, та заносять результати до таблиці спостережень.

3. Під час вивчення завантажувального пристрою звертають увагу на глибину та діаметр завантажувальної горловини корпусу м'ясорубки, форму та наявність завантажувальної чаші та на запобіжні пристрої.

4. Вивчаючи правила експлуатації м'ясорубок, звертають увагу на порядок та правильність встановлення ріжучих інструментів до корпусу м'ясорубок, на призначення та функцію упорного кільця та затискної гайки.

Таблиця 3.1 – Результати вимірювань

Таблиця 3.2 - Розрахунки параметрів машини

Контрольні запитання

1. Призначення та типи м'ясорубок, класифікація м'ясорубок.

2. Будова м'ясорубки, будова робочих органів м'ясорубки.

3. Параметри та фактори, що мають вплив на якість подрібнювання м'яса.

4. Які параметри мають вплив на продуктивність м'ясорубки?

5. Який вплив має коефіцієнт ущільнення на роботу м'ясорубки?

6. Як розраховується швидкість виходу продукту з робочої камери?

7. Як розраховується продуктивність м'ясорубки?

8. Які грані ножів м'ясорубки наточуються, а які шліфуються?

9. Для чого шнек м'ясорубки має змінний крок гвинтової лінії?