Проектування машин і механізмів для обробки м’яса.

На підприємствах ресторанного господарства подрібнення м’яса здійснюється за допомогою м’ясорубок, протиральних машин і м’ясорізок, нарізання поверхні – м’ясорозпушувачів.

3.3.1. М’ясорубки

Розрахунок геометричних параметрів робочих органів м’ясорубок (ножових решіток, ножів, шнека) здійснюється за такою методикою.

Для заданої теоретичної продуктивності Q приймають діаметр ножових решіток D_рн, використовуючи найбільш доцільні співвідношення продуктивності та діаметра решіток: при Q = 25…50 кг/год D_рн = 55…60мм; при Q = 50…150 кг/год D_рн = 60….70 мм; при Q = 150…250 кг/год D_рн = 70…80 мм; при Q = 250…500 кг/год D_рн = 80…105 мм.

Виходячи з технологічних міркувань (вид продукту, ступінь його подрібнення), приймають раціональні діаметри отворів ножових решіток d₀₁, d₀₂, їх наведено нижче.

Для найбільш тонкого подрібнення продуктів використовують ножові решітки з діаметром отворів до 3мм.

Максимальний діаметр отворів ножових решіток для одержання фаршевих виробів із м’яса, риби можна приймати не більше за 9мм. За вибору кількості ножових решіток – як правило, не більше двох, і діаметрів їх отворів слід виходити з особливостей технологічного використання машини, зазначених у завданні.

Для тонкого подрібнення використовують дві ножові решітки з діаметрами отворів 3, 0 і 5, 0мм, 3, 2 і 4, 5мм, 3, 0 і 4, 5мм.

Для середнього ступеня подрібнення, використовують дві ножові решітки з діаметрами отворів 4, 5 і 6, 0мм, 5, 0 і 9, 0мм. Для грубого подрібнення використовують одну ножову решітку з діаметром отворів 9, 0мм.

Для фаршевих виробів із м’яса яловичини, які містять підвищену кількість грубої з’єднувальної тканини, а також для паштетної маси, рекомендується тонке подрібнення (дві ножові решітки з діаметрами отворів 3, 0…5, 0мм).

Грубе подрібнення (одна ножова решітка з діаметрами отворів 6, 0…9, 0мм) можна використовувати для подрібнення риби, шпику, високоякісного м’яса яловичини, свинини, баранини, які мають підвищену соковитість і ніжність.

За інших випадків, зумовлених особливостями сировини, технології її переробки, припустимої якості одержання продукції, можна використовувати середнє подрібнення (дві ножові решітки з діаметрами отворів 4, 5…9, 0мм).

Максимальний діаметр розміщення отворів у ножових решітках розраховують залежно від їхнього діаметра D_рн за формулою

, (3.3.1)

де - максимальний діаметр розміщення отворів у ножових решітках, мм.

Мінімальний діаметр розміщення отворів у ножових решітках також розраховують залежно від їхнього діаметра D_рн за формулою

(3.3.2)

де - мінімальний діаметр розміщення отворів у ножових решітках, мм;

D_пш – діаметр пальця шнека, мм (орієнтовно можна прийняти для м’ясорубок з D_рн = 55….80мм – D_пш = 10…15мм; для м’ясорубок з D_рн = 80…105мм – D_пш = 15…20мм).

Діаметр центрального отвору в ножовій решітці залежить від конструкції обертального ножа. Якщо в його конструкції передбачений виступ на центральному кільці, яке нанизується на палець шнека, то діаметр центрального отвору решітки повинен відповідати діаметру виступу ножа. Тоді діаметр центрального отвору решітки можна орієнтовно розрахувати за формулою

. (3.3.3)

Якщо ніж виконано без виступу на центральному кільці, то діаметр центрального отвору решітки слід прийняти відповідним діаметру пальця шнека (D_цо = D_пш).

Розраховуючи отвори ножових решіток, слід ураховувати раціональні значення коефіцієнта використання площі ножових решіток К_вр, який показує відношення площ усіх отворів у решітці F_o до її загальної площі F_p:

,

де F₀ – сумарна площа всіх отворів у решітці, м²;

F_Р – загальна площа решітки, м².

К_вр = 0, 25…0, 35 – для решіток із діаметром отворів d₀ = 3…5 мм та К_вр = 0, 35…0, 45 – для решіток із діаметром отворів d₀ = 5…9 мм (для збільшення значень d₀ слід пропорційно збільшувати значення К_вр).

Обираючи К_вр, слід віддавати перевагу його більшим значенням, оскільки збільшення К_вр збільшує питому продуктивність м’ясорубок (згідно з ГОСТ 7411-79, для ножових решіток К_вр 0, 25).

Кількість отворів у ножовій решітці розраховують за формулою

(3.3.4)

де - кількість отворів у ножовій решітці, шт.

Розрахункове значення уточнюють після розміщення отворів у зоні ножової решітки, яку відокремлено максимальним D_max0 і мінімальним D_min0 діаметрами розміщення отворів, за визначеним порядком. Найбільш можливим є порядок розміщення отворів за трикутною схемою, коли сусідні отвори розміщено у вершинах рівнобедреного трикутника. Одержане після розміщення отворів значення уточнюється в бік більшого або меншого залежно від обраного значення К_вр (якщо в розрахунках вибирали максимальні значення К_вр, то спрямовують у бік менших значень, і навпаки, за мінімальних значень К_вр кількість отворів можна приймати більшою за розрахункове значення).

Після уточнення значення К_вр не повинне виходити за раціональні межі його значень, наведених раніше.

Товщина ножових решіток приймається, виходячи із їхнього діаметра, кількості отворів, умов міцності та жорсткості. Для решіток діаметром D_рн = 55…80 мм товщину можна прийняти δ _р = 4…6 мм; для D_рн = 80…105 мм товщину можна прийняти δ _р = 6…8 мм.

До структури робочих органів м’ясорубок, як правило, входить підрізна решітка (нерухомий підрізний ніж) для попереднього подрібнення продукту, яка має три отвори, утворені зовнішнім та внутрішнім кільцями та трьома перемичками, що їх з’єднують. Перемички розміщені під кутом 120^о, вони мають одностороннє загострення леза під кутом α = 40…50^о. Ріжуча крайка леза перемичок розміщена під гострим кутом до радіуса решітки. Для спрощення розрахунків можна приймати кут γ = 45^о у точці яка знаходиться посередині ріжучої крайки леза . Зовнішній діаметр підрізної решітки відповідає зовнішньому діаметрові ножових решіток D_1пр = D_рн, діаметр центрального отвору підрізної решітки – діаметру центрального отвору ножової решітки D_ц.пр = D_цо.

Внутрішній діаметр зовнішнього кільця підрізної решітки D_2пр розраховують за формулою

, (3.3.5)

де D_2пр – внутрішній діаметр зовнішнього кільця підрізної решітки, мм.

Зовнішній діаметр внутрішнього кільця підрізної решітки D_з.пр розраховують за формулою

. (3.3.6)

Ширину перемичок розраховують із кута між ріжучою крайкою перемичок і радіусом підрізної решітки за формулою

, (3.3.7)

де l – ширина перемичок підрізної решітки, мм.

Фактичний кут загострення леза перемичок розраховують за формулою

, (3.3.8)

де - товщина підрізної решітки, мм.

Товщина підрізної решітки відповідає товщині ножових решіток δ _пр = δ _р. При цьому розрахункове значення кута α повинне опинитися в межах 40…50^о.

Визначаючи всі геометричні параметри підрізної решітки, розраховують коефіцієнт використання площі підрізної решітки К_в.пр. При цьому площу отворів підрізної решітки розраховують за формулою

, мм². (3.3.9)

Розрахункове значення К_в.пр не повинне бути меншим за уточнювальне фактичне найменше значення К_{вр min} ножових решіток . Якщо , то слід перерахувати значення її геометричних параметрів D_2пр, D_3пр, прийнявши менші значення припустимих граничних розмірів, а після того знову розрахувати К_в.пр і перевірити його відповідність значенню К_{вр min} .

Геометричні параметри обертальних ножів визначають за такою методикою. Максимальний радіус лез ножа R_max розраховують, виходячи з геометричних параметрів ножових решіток, за формулою

, мм. (3.3.10)

Мінімальний радіус лез ножа

, мм. (3.3.11)

Діаметр центрального отвору ножів відповідає діаметрові пальця шнека. На пальці шнека знаходяться дві паралельні лиски, тому форма центрального отвору ножів відповідає формі пальця шнека з урахуванням геометрії лисок.

Товщина обертальних ножів, як правило, відповідає товщині решіток Кількість пір’їв ножа (Zn) залежить від особливостей технологічного використання набору ріжучих інструментів. Традиційно обертальні ножі мають чотири пера (відомі ножі з двома, трьома, п’ятьма і більше пір’ями). Якщо в завданні окремо не обговорюється кількість пір’їв ножів, то в розрахунках можна використовувати значення Zn = 4.

Геометрична форма леза пір’їв (прямолінійна, криволінійна) також залежить від технологічного призначення ріжучих інструментів м’ясорубок. Найбільш часто використовують прямолінійне лезо пір’їв. У прямолінійних ножах ріжучий край пір’їв може проходити через їхню вісь обертання; за цього випадку ніж здійснює січне різання і входить у продукт під кутом 90^о, коефіцієнт ковзання при цьому складає К_β = 0.

Якщо ріжучий край леза пір’їв ножа утворює з його радіусом гострий кут (не проходить через вісь обертання), то ніж реалізує ковзне різання. За цього випадку зусилля різання знижується, що знижує питому потужність м’ясорубок. Тому, розробляючи конструкції обертальних ножів, слід віддавати перевагу прямолінійним ножам, у них ріжучий край леза не проходить через їхню вісь обертання. У деяких м’ясорубках використовують криволінійні ножі, пір’я яких являють собою сегменти з визначеним радіусом ріжучого краю леза. Криволінійні ножі також реалізують ковзне різання, що забезпечує зниження зусиль різання і зниження питомої потужності м’ясорубок.

Коефіцієнт ковзання для криволінійних і прямолінійних ножів, у яких ріжучий край не проходить через їхню вісь обертання, розраховується за формулою

де β – середнє значення кута між нормаллю до ріжучого краю та швидкістю різання , що направлена в кожній точці ріжучого краю під прямим кутом до лінії, яка проходить крізь цю точку і вісь обертання, ^о.

Кут β визначають у точках, які відповідають R_min і R_max, і використовують середнє його значення в розрахунках значення К_β .

Леза ножів контактують з ножовими решітками не по всій ширині пір’їв, а з їхньою обмеженою частиною, ширина якої, залежно від конструкції ножів та їх розмірів, складає b = 1…2, 5мм.

Середнє значення ширини пір’їв ножів можна приймати рівним R_min.

Основні геометричні параметри опорних кілець (за допомогою яких затискна гайка забезпечує щільний натиск обертальних ножів і нерухомих решіток) визначають таким чином.

Зовнішній діаметр опорного кільця D_к відповідає діаметру ножових решіток D_рн.

Внутрішній діаметр опорного кільця D_min не повинен бути більшим за максимальний діаметр розміщення отворів у ножовій решітці D_max0 (D_min D_max0), щоб не перекривати отвори і не знижати питому продуктивність м’ясорубок.

Товщина упорного кільця визначається конструктивно з урахуванням товщини ножових решіток і обертальних ножів за формулою

, мм (3.3.12)

де δ _Р – товщина ножових решіток, мм;

δ _Н – товщина обертальних ножів, мм.

Геометричні параметри шнека розраховують таким чином. Зовнішній діаметр шнека D_{ш mах} можна розрахувати

, мм. (3.3.13)

Значення D_{ш mах} після розрахунку уточнюють, орієнтуючись на внутрішній діаметр зовнішнього кільця відрізної решітки (D_{ш mах} = D_2пр).

Внутрішній діаметр шнека D_{ш min} розраховують за формулою

, мм. (3.3.14)

Значення D_ш.min уточнюють, орієнтуючись на одержане значення зовнішнього діаметра внутрішнього кільця підрізної решітки D_3пр .

Довжину шнека L_ш розраховують за формулою

, мм. (3.3.15)

Вибираючи значення L_ш для м’ясорубок малої продуктивності, слід надавати перевагу її мінімальним значенням, і навпаки. При Q = 25…50 кг/год L_ш = 2D_ш.max; при Q = 50…150 кг/год L_ш = (2…2, 1)D_ш.max; при Q = 150…250 кг/год L_ш = (2, 1…2, 2)D_ш.max; При Q = 250…500 кг/год L_ш = (2, 2…2, 3)D_ш.max; при Q 500 кг/год L_ш = (2, 3…2, 5)D_ш.max.

Крок кінцевого витка шнека t_К розраховують за формулою

, мм (3.3.16)

Де β _П – кут підйому гвинтової лінії кінцевого витка шнека (β _П = 7…12^о).

Крок першого витка шнека

, мм (3.3.17)

де К_Щ – коефіцієнт щільності, який характеризує зміну об’єму міжгвинтових просторів між першим і кінцевим витками шнека (К_Щ = 1, 75…2, 25).

Середній крок витків шнека t_сер розраховують за формулою

, мм. (3.3.18)

Кількість витків шнека m розраховують за формулою

, шт. (3.3.19)

Розрахункове значення m округлюють до найближчого цілого числа. Після того уточнюють довжину шнека L_ш.

Довжину пальця шнека l_пш розраховують за формулою

, мм (3.3.20)

де Z_рп максимальна кількість ріжучих пар (ніж-решітка) у комплекті м’ясорубки, шт.

Із заданої продуктивності Q і розрахункових геометричних параметрів робочих органів обраховують необхідну частоту обертання шнека за формулою

де n_ш – частота обертання шнека, хв^-1;

F₀ – мінімальна сумарна площа отворів ножових решіток, мм²;

ρ – густина продукту, кг/м³;

φ – коефіцієнт використання площі отворів ножової решітки, який показує, яку частину площі отворів перекривають пір’я ножа, перешкоджаючи вільному проходженню продукту крізь отвори решітки φ = 0, 65…0, 75;

- коефіцієнт об’ємної подачі продукту шнеком, або коефіцієнт прослизання продукту відносно стінок робочої камери, який впливає на швидкість переміщення продукту вздовж неї ( = 0, 35…0, 4).

Сумарну площу отворів ножових решіток розраховують за формулою

, мм² (3.3.21)

Використовуючи дві чи більше ріжучих пар (ніж-решітка), з одержаних значень F₀₁, F₀₂ і т.ін. вибирають мінімальне значення F₀.

Електродвигун приводу підбирають, виходячи з потрібної потужності N₀, яка визначається за формулою

, (3.3.22)

де N₁ – потужність, яка витрачається на розрізання продукту в ріжучому механізмі, Вт;

N₂ – потужність, яка витрачається на подолання тертя в ріжучому механізмі, Вт;

N₃ – потужність, яка витрачається на подолання тертя шнека об продукт і на просування продукту від завантажувального пристрою до ріжучого інструменту, Вт;

η – загальний ККД передатних механізмів м’ясорубки.

Потужність, яка витрачається на розрізання продукту в ріжучому механізмі

(3.3.23)

де - 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)^.10³ Дж/м²;

Z_п – кількість лез ножа, шт. (прийняти Z_п = 4).

Визначаємо площу ножової решітки за формулою

, м.

Коефіцієнт використання площі для першої та другої ножових решіток

де - сумарна площа отворів другої ножової решітки, м².

,

де Z₂ – кількість отворів другої ножової решітки, шт.

Потужність, яка витрачається на подолання тертя в ріжучому механізмі

, (3.3.24)

де Р_з – зусилля затягнення ріжучого механізму, Н;

R_max – зовнішній радіус обертального ножа, м;

R_min – внутрішній радіус обертального ножа, м;

f – коефіцієнт тертя ковзання ножа об решітку при наявності продукту; f = 0, 1;

ψ – кількість площин різання (контактів «ніж-решітка»), шт.

Зусилля затягнення ріжучого механізму визначається за формулою

,

де Р – усереднений тиск на поверхні стику ножів та решіток, Па;

Р = (2…3)^.10⁶Па;

b – ширина площі контакту леза ножа та решітки, м (b = 1….2, 5мм).

Потужність, яка витрачається на подолання тертя шнека об продукт і на просування продукту від завантажувального пристрою до ріжучого інструменту

, (3.3.25)

де Р₀ – тиск за останнім витком шнека, Па; Р₀ = (3, 0…5, 0)^.10⁵Па;

m – кількість витків шнека, шт.;

t_сер – середній крок між витками шнека, м;

f₁ – коефіцієнт тертя продукту об шнек.

,

де - середній кут підйому витків шнека, ^о; = 12^о.

За розрахованою споживчою потужністю підібрати електродвигун серії 4А.

До захисту представити: збірне креслення м’ясорубки з приводом типу П (у двох проекціях на формату А1) або м’ясорубки з індивідуальним приводом (у двох проекціях на 1 аркуші формату А); робочі креслення підрізної і ножової решіток, одного із валів передатного механізму і шківа чи шестерні (4 формати А3 на 1 аркуші формату А1).

Розміри на робочих і збірних кресленнях повинні відповідати розрахованим.

3.3.2. М ’ясорозпушувачі (типу МРМ, МРП ІІ-1 і МС 19-1400)

М’ясорозпушувачі призначені для надрізання поверхневого шару порційних виробів при їх поштучній подачі на фрези. Тому початковим параметром буде швидкість обробки, а не розміри робочої камери, яка знаходиться із виразу:

кг/г, (3.3.16)

де Q – продуктивність, кг/г;

m – маса порції продукту, кг;

l – середня довжина оброблюваного шматка, м;

d – середній діаметр фрези, м;

φ – коефіцієнт періодичності подачі продукту на обробку;

n – частота обертання фрези, хв^-1.

При проектуванні прийняти: m = 0, 1 кг; l = 0, 1м; d = 0, 05м; φ = 0, 2...0, 25.

Електродвигун приводу підібрати виходячи із споживаної потужності N, яка визначається за формулою:

(3.3.27)

де P– зусилля надрізання продукту, Н;

υ _н – середня нормальна складова швидкості, м/с;

η – ККД механічних передач.

,

де q – питомий опір різанню продукту, Н/м;

Z – кількість фрез у наборі на робочій довжині, шт.;

α – половина кута обхвату фрези продуктом, рад.;

К_β – середнє значення коефіцієнта ковзання;

h – глибина підрізання продукту, м.

При проектуванні прийняти: K_β = 0, 707 ^. tgα; h = 0, 008...0, 01 м; Z = 20...22.

За розрахованою споживчою потужністю підібрати електродвигун серії 4А.

До захисту представити: збірне креслення м’ясорозпушувача типу МРП або МС у зборі з універсальним приводом або машини типу МРМ (у двох проекціях на 1 аркуші формату А1); робочі креслення фрези, робочого та привідного валків, шківів або шестерні (4 формату А3 на одному аркуші формату А1).

Розміри на збірних і робочих кресленнях повинні відповідати розрахованим.

3.3.3. М’ясорізки (типу МБП ІІ-1)

Визначальним параметром продуктивності м’ясорізки служать розміри робочої камери, які знаходять із виразу:

кг/год, (3.3.28)

де Q – продуктивність, кг/год;

m – маса порції оброблюваного продукту, кг;

t₁, t₂ – тривалість завантаження і нарізання порції продукту, с.

де H, B, L – відповідно висота, ширина і довжина робочої камери, м;

γ – насипна маса продукту, кг/м³;

d – діаметр дискових ножів, м;

n – частота обертання дискових ножів, об/хв.;

К – коефіцієнт гальмування продукту.

При проектуванні прийняти: B = (0, 20...0, 25)^.L; H = (1, 6...1, 8)^.L; d = 0, 12...0, 15 м; К = 0, 10...0, 15; t₁ = 10...15c.