Проектування машин для нарізання хліба

3.4.1. Машини для нарізання хліба (типу МРХ)

При проектуванні машин для нарізання хліба, як і інші машини періодичної дії, працюючих із порційними штучними продуктами, початковим параметром є кутова швидкість подачі робочого органу, яка дорівнює у даному випадку швидкості обертання водила (кількість різів за хвилину) і знаходиться із виразу:

; (3.4.1)

де Q – продуктивність, кг/год;

m – маса порції продукту, кг;

t₁ – тривалість завантаження порції хліба, с;

L – довжина продукту, м;

n – частота обертання водила, хв^-1;

h – товщина відрізаної скибки, м.

Для розрахунків приймають: m = 0, 8...1, 0 кг; L = 0, 18… 0, 2 м; t₁ = 6...9 с.

Потрібна потужність визначається за формулою

(3.4.2)

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

r – радіус водила, м (r = 0, 09м);

D – величина діагоналі поперечного перерізу порції хліба, м;

η – ККД механічних передач від двигуна до ножа хліборізки.

Коефіцієнт ковзання розраховується за формулою

; (3.4.3)

де К_β – коефіцієнт ковзання;

R – радіус дискового ножа, м;

α – кут загострення дискового ножа, ^о;

і – передатне відношення.

Для розрахунків приймають: R = 0, 1555 м; α = 35º...40º.

За розрахованою споживчою потужністю підібрати електродвигун серії 4А.

Передатне відношення планетарної ланцюгової передачі знаходиться за формулою:

де Z₁, Z₂ – кількість зубців зірочок на валу водила і ножа, відповідно.

Кількість зубців меншої зірочки прийняти Z₂ = 9...10, де менше значення Z₂ відповідає більшим значенням k_β . Величину Z₁ округлити до цілого числа.

Розрахунок ланцюгової передачі виконати далі за загальномашино-будівельною методикою, прийнявши, що передача, яка розраховується передає (0, 7...0, 8)^.N без урахування ККД. Неврахована частина потоку потужності витрачається на обертання ножа відносно головної осі.

До захисту представити: збірне креслення хліборізки (у двох проекціях на 1 аркуші формату А1); робочі креслення дискового ножа, робочого вала та двох зірочок (4 формату А3 на 1 аркуші формату А1).

Розміри на збірних і робочих кресленнях повинні відповідати розрахованим.

3.5. Проектування машин і механізмів для просіювання та перемішування харчової сировини.

3.5.1. Просіювачі (типу МПП ІІ-1, МС 24, МПМ-800)

Теоретична продуктивність просіювача визначається за формулою

(3.5.1)

де Q – теоретична продуктивність просіювача, кг/год;

F₀ – сумарна площа отворів барабана-сита, м²;

υ – швидкість проходження частинок крізь отвори барабана-сита, м/с;

ρ _H – насипна маса продукту, кг/м³ (приймають залежно від продукту, який просіюють);

φ – коефіцієнт використання поверхні сита, що показує, яку частину загальної площі бокової поверхні барабана-сита займає просіюваний продукт за стаціонарного режиму роботи.

За даними досліджень φ = 0, 3…0, 4. При цьому мінімальні значення φ приймають для сипучих продуктів із невеликими густиною та розмірами частинок, максимальні значення φ – для продуктів із великими відповідними показниками.

Для борошна всіх видів приймають φ = 0, 3; для дроблених круп, дрібної солі і цукру φ = 0, 35; для грубої солі φ = 0, 4.

Сумарна площа отворів барабана-сита визначається за формулою

, (3.5.2)

де К_С – коефіцієнт перерізу барабана-сита, що показує, яка частина площі бокової поверхні сита належить отворам (для плетених сит К_С = 0, 5…0, 8; для сит № 1, 2…1, 4 К_С = 0, 5…0, 6; для сит № 2, 8 К_С = 0, 6…0, 7; для сит №4 К_С = 0, 7…0, 8);

D_C – діаметр барабана-сита, м;

Н_С – висота барабана-сита, м.

Швидкість проходження частинок продукту крізь отвори барабана-сита визначають за формулою

(3.5.3)

де n_С – частота обертання барабана-сита, с^-1 (для розрахунків можна використати значення n_С = 12….13с^-1);

К_пр – коефіцієнт прослизання частинок продукту по поверхні барабана-сита (за експериментальними даними К_пр = 0, 7…0, 8).

Числове значення діаметра барабана-сита розраховується за формулою:

(3.5.4)

Значення Н_С визначають за формулою

Розрахунок потрібної потужності двигуна просіювача проводять після визначення його конструктивних особливостей (аналогічно з відомими машинами і механізмами, які використовуються для просіювання).

(3.5.5)

де N₀ – потрібна потужність, кВт;

N₁ – потужність, яка необхідна для подолання сили тертя продукту об поверхню барабана-сита, Вт;

N₂ – потужність, яка необхідна для обертання барабана-сита з продуктом із заданою частотою, Вт;

η – загальний коефіцієнт корисної дії передатного механізму просіювача.

Значення N₁ розраховують за формулою

(3.5.6)

де m_пр – маса продукту, що завантажений у барабан-сито, кг;

g – прискорення вільного падіння, м/с²;

f – коефіцієнт тертя ковзання продукту об поверхню барабана-сита (значення f залежить від виду продукту та конструкції барабана-сита, для плетених сит приймають f = 0, 82…0, 92);

– кутова швидкість обертання барабана-сита, рад/с.

Масу продукту, яку завантажено в барабан-сито, розраховуємо за формулою:

де - коефіцієнт завантаження барабана-сита продуктом (приймають = 0, 3…0, 6).

Кутову швидкість обертання барабана-сита визначають за формулою:

Значення потужності N₂ розраховують за формулою

(3.5.7)

де - маса барабана-сита, кг.

Масу барабана-сита визначають за формулою

де V_C – об’єм конструкції барабана-сита, м³;

- густина матеріалу барабана-сита, кг/м³ (приймають = 7000 кг/м³).

Об’єм конструкції барабана-сита визначають за формулою

де - товщина дроту плетеного сита, м (приймають = 0, 001…0, 002м);

- товщина дна барабана-сита, м (приймають = 0, 0015…0, 003 м).

Загальний коефіцієнт корисної дії η передатного механізму просіювача визначають як добуток коефіцієнтів корисної дії всіх передач, які використовуються в конструкції просіювача, а також підшипників кочення і ковзання за формулою:

За розрахованою споживчою потужністю підібрати електродвигун серії 4А.

До захисту представити: збірне креслення механізму МПП або МС з приводом МПМ (у двох проекціях на 1 аркуші формату А1); робочі креслення корпуса ситового барабана, сита, шестерні, шківа, приводного вала (4 формату А3 на аркуші формату А1).

Розміри на збірних і робочих кресленнях повинні відповідати розрахованим.

3.5.2. Збивальні машини (типу МВ-6, МВ-35М, МВМ-100, МС 4-20, МВП ІІ-1)

Основним конструктивним параметром збивальних машин, що характеризує їхню продуктивність, є об’єм робочого бачка, який розраховують за формулою

, (3.5.8)

де V - об’єм робочого бачка, м³;

Q – продуктивність збивальної машини, кг/год;

- густина суміші продуктів, які оброблюються, кг/м³;

- коефіцієнт завантаження бачка (під час збивання білково-яєчних сумішей, вершків, сметани приймають = 0, 3…0, 4, масляних кремів - = 0, 4…0, 6);

- відповідно тривалість завантаження, обробки та вивантаження продуктів, с ( тривалість обробки приймають на основі відомих технологічних вимог).

Густину суміші оброблюваних продуктів розраховують за такою формулою

,

де - маса компонентів a, b, c, які входять до складу суміші або її рецептури, кг;

- відповідно густина компонентів, кг/м³.

Розрахунок геометричних параметрів збивальної машини з планетарним рухом робочих органів проводять таким чином.

Якщо припустити, що діаметр бачка D дорівнює його висоті H, а форма бачка являє собою циліндр, то діаметр бачка можна розрахувати за формулою

. (3.5.9)

Діаметр дна бачка D_ДН визначають за формулою

Висоту циліндричної частини бачка Н₁ можна розрахувати за формулою

Висоту нижньої окружної частини бачка Н₂ можна розрахувати за формулою

Максимальний діаметр збивальної машини d визначають за формулою

Максимальну висоту збивача h визначають за формулою

Радіус водила

Радіуси ділильних кіл сонячного R та планетарного r коліс визначають за формулою

Розраховуючи значення R, r, користуються їхнім заданим співвідношенням

.

Потужність електродвигуна збивальної машини розраховують за формулою

, (3.5.10)

де N₀ – потрібна потужність, кВт;

М_кр – момент сили, що необхідна для подолання лопатевого опору продукту, Н^.м;

ω _в – кутова швидкість водила, рад/с;

К_а – коефіцієнт запасу потужності, який враховує пусковий момент, коли виникають підвищені навантаження (приймають К_а = 1, 1);

η – загальний ККД приводу машини.

Момент сили, необхідний для збивання продукту робочим органом, розраховують за формулою

,

де Р – сила опору продукту, яка виникає під час збивання, Н.

,

де ξ – питомий коефіцієнт опору збивальної суміші (прийняти залежно від виду продукту та швидкості збивання υ _сер);

F - площа проекції прутків або лопатей збивача, який рухається, на площину, перпендикулярну напрямку її максимальної швидкості, м²;

υ _сер – середня швидкість руху робочого органа, м/с.

,

де К_в – коефіцієнт використання площі робочого органа, що показує, яку частку його загальної площі займають прутки або лопаті (для багатопруткових, плоскорешітчатих та фігурних приймають К_в = 0, 7…0, 8; для однопруткових, гачкоподібних і рамних К_в = 0, 1…0, 2; для лопатевих К_в = 0, 3…0, 4).

Середню швидкість руху робочого органа розраховують за формулою

.

Кутову швидкість водила розраховують за формулою

,

де n_В – частота обертання водила, хв^-1.

Для збивальних машин із плавним регулюванням швидкості руху робочого органа значення n_В = 60…185 хв^-1.

Для збивання білково-яєчних сумішей, вершків приймають n_В = 120…185хв^-1; для збивання масляних кремів, помадок та інших сумішей густої консистенції n_В = 60…90хв^-1; для сметанних кремів, рідкого тіста n_В = 90…120хв^-1. Питомий коефіцієнт опору продукту при збиванні масляних, вершкових кремів зі швидкістю збивання υ _СЕР = 0, 7…1, 5 м/с – ξ = 3 ^. 10³; для яєчно-білкових цукрових сумішей, сметанних кремів, збитих вершків зі швидкістю збивання υ _СЕР = 1...2, 2 м/с – ξ = 20…30.

Загальний ККД передатного механізму збивальної машини розраховується за формулою

,

де η _П – ККД пасової передачі;

η _З – ККД зубчастої передачі;

η _ПК – ККД підшипників кочення.

Величина еквівалентної в’язкості визначається за таблицею, що зазначена вище.

За розрахованою споживчою потужністю підібрати електродвигун серії 4А.

Вибір аналога здійснюється за певним параметром – розрахунковим об’ємом бачка.

При виконанні розрахунків прийняти потужність, яка передається планетарною передачею, рівною 0, 5...0, 6 N, без урахування ККД. Неврахована частина потоку потужності витрачається на обертання збивальника відносно головної осі.

До захисту представити: збірне креслення збивальної машини (у двох проекціях на 1 аркуші формату А1); робочі креслення литого збивальника, шестерні, колеса і одного із валів планетарної передачі (4 формату А3 на 1 аркуші форматуА1).

Розміри на збірних і робочих кресленнях повинні відповідати розрахованим.

3.5.3. Фаршемішалки (типу МС 8-150)

Основним параметром, що характеризує продуктивність механізму, є об’єм робочої камери, який визначають із виразу.

(3.5.11)

де Q – продуктивність механізму, кг/год;

V – об’єм робочої камери, м³;

γ – насипна маса фаршу, кг/м³;

φ _З – коефіцієнт заповнення об’єму камери;

τ _З, τ _О, τ _В – тривалість завантаження, обробки і вивантаження порції продукту, с.

Об’єм робочої камери розраховується за формулою

де R – радіус обертання лопаті, м;

с – відстань між внутрішньою поверхнею робочої камери й лопаттю, м (прийняти с = 0, 003 м);

l – довжина робочої камери, м.

Радіус обертання лопаті знаходять за формулою

,

де К_пр – коефіцієнт проковзування продукту;

n – частота обертання лопаті, с^-1.

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

(3.5.12)

де Р – сила, необхідна для подолання опору перемішуванню, Н;

υ – швидкість поступального руху продукту вздовж осі вала, м/с;

К_а – коефіцієнт запасу потужності;

η – ККД передатного механізму, η = 0, 96.

Знаходимо силу опору фаршу при перемішуванні за формулою

де - опір перемішуванню однією лопаттю, Па (прийняти = 8кПа);

F – площа лопаті, м²;

z – кількість лопатей, встановлених в одному ряді, шт.

Площа лопаті дорівнює

,

де В – ширина лопаті, м (прийняти В = 0, 09 м).

Швидкість поступального руху продукту вздовж осі вала розраховується за формулою

де υ ₀ – швидкість осьового зсуву продукту однією лопаттю, м/с;

ψ – коефіцієнт, що враховує періодичність зсуву продукту вздовж осі мішалки.

Швидкість осьового зсуву продукту однією лопаттю розраховується за формулою

де f – коефіцієнт тертя фаршу об лопать;

α – кут нахилу лопаті до осі приводного вала, ^о.

Коефіцієнт ψ, що враховує періодичність зсуву продукту вздовж осі мішалки, знаходиться за формулою

При проектуванні прийняти: коефіцієнт заповнення камери φ _З = 0, 6...0, 7; тривалість циклу обробку Т_р = 100с; довжина робочої камери l = 0, 26 м; кут нахилу лопаті до осі обертання α = 35^о; частота обертання лопаті n = 2, 83 с^-1.

За розрахованою споживчою потужністю підібрати електродвигун серії 4А.

До захисту представити: збірне креслення механізму с приводом (у двох проекціях на 1 аркуші формату А1); робочі креслення робочого вала, лопаті, шестерні чи колеса і вала редуктора (4 формату А3 на 1 аркуші формату А1).

Розміри на збірних і робочих кресленнях повинні відповідати розрахованим.

3.5.4. Салатомішалки (типу МС 25-200)

Основним параметром, який характеризує продуктивність механізму, є об’єм робочої камери, що знаходять із виразу:

(3.5.13)

де V – об’єм робочої камери, м³;

γ – насипна маса компонентів оброблюваної суміші продуктів, кг/м³;

φ – коефіцієнт заповнення об’єму камери;

t₁, t₂, t₃ – середній час завантаження, обробки і розвантаження порції продукту, с.

V = π ^.R² ^.H,

де R, H – радіус і висота робочої камери, м.

При проектуванні прийняти: H = 2^.R; φ = 0, 30...0, 35; t₁ = 10...15с; t₂ = 100...120с; t₃ = 50...60с.

Електродвигун приводу підібрати виходячи із споживчої потужності, яка знаходиться із формули:

, кВт, (3.5.14)

де n – кутова швидкість обертання бачка, об/хв.;

g – прискорення сили тяжіння, м/с²;

α – кут нахилу осі бачка до горизонту;

η – ККД механічних передач.

При розрахунках прийняти: α =60º; n = 20...30 об/хв.

За розрахованою споживчою потужністю підібрати електродвигун серії 4А.

До захисту представити: складальне креслення механізму з приводом (у двох проекціях на 1 аркуші формату А1); робочі креслення бачка, черв’яка, черв’ячного колеса і вала (4 формату А3 на 1 аркуші формату А1).

Розміри на складальних і робочих кресленнях повинні відповідати розрахованим.