Проблема повышения надежности ножей куттеров

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Предприятия мясной промышленности нашей страны оснащены большим количеством (более 400 наименований) технологического оборудования. Рациональная эксплуатация оборудования требует глубокого знания его особенностей и конструктивных признаков. При использовании современного технологического оборудования важно сохранить в вырабатываемых мясных продуктах в максимальной степени все компоненты.

Операции, связанные с измельчением, в мясной промышленности составляют 70 %. Они широко применяются при производстве колбасных, кулинарных, консервированных мясопродуктов, а также пищевых производственных жиров, кормов, технических продуктов, клея, желатина и др.

Сырьё и вспомогательные материалы можно измельчать раздавливанием, раскалыванием, ударом, разрывом, разламыванием, истиранием, резанием. Выбор механического воздействия зависит от физико-механических свойств (прочности, упругости, пластичности, вязкости, липкости и т.д.) и размеров измельчаемого продукта. В технологическом оборудовании измельчение достигается сочетанием нескольких видов механического воздействия, например резания с раздавливанием, раскалывания с ударом (дробилки, силовые измельчители, волчки и др.), резанием, раздавливанием с истиранием (куттеры, коллоидные мельницы и т.д.).

Технологическое оборудование можно разделить на 2 основные группы:

- оборудование для измельчения твёрдого сырья (мясокостного, костного, блочного мороженого мяса, специй) - силовые измельчители, дробилки, волчки-дробилки, агрегаты и измельчители для измельчения блочного мороженого мяса, измельчители кости и специй;

- оборудование для измельчения мягкого сырья (мышечной, жировой и соединительной тканей) - волчки, шпигорезки, куттеры, коллоидные мельницы и измельчители мяса.

Оно бывает периодического и непрерывного действия, работающим при атмосферном давлении и под вакуумом. Оборудование каждой группы можно подразделить, в свою очередь, на оборудование для крупного, среднего, мелкого и тонкого измельчения.

Исполнительный орган оборудования для измельчения - режущий механизм, который выполнен либо одиночной, либо парной деталью. В качестве одиночного режущего механизма используют ножи различной конструкции, полотна или ножи в комбинации с дополнительной режущей деталью, выполненной в виде решётки (плоской, конической или цилиндрической), диска с зубьями или пальцами, а также ножей, расположенных по конусу, цилиндру или плоскости. Парные детали бывают неподвижными или встречновращающимися, плотно прижатыми к режущим ножам или смонтированными на определённом расстоянии друг от друга. Одиночные режущие механизмы используют в основном в оборудовании для измельчения твёрдого сырья, а механизмы с режущей парой применяют для измельчения мягкого сырья.

Куттерирование является весьма интенсивным механическим процессом, вызывающим: физико-механические и химические изменения в фарше. Под куттерованием понимают процесс тонкого измельчения мясного фарша в специальном волчке.

Длительность этой операции всего несколько минут (не более 8 минут), но именно от нее зависит качество конечного продукта.

Куттерование выполняется с помощью куттера. Слово куттер, в переводе с английского, означает - резать. На практике, это машина для окончательного измельчения мясного фарша и смешивания его с другими необходимыми компонентами.

Опытные специалисты считают, что именно от конфигурации ножей и степени их заточки зависит конечный результат куттерования.

Чем большим количеством ножей оборудован куттер, и чем выше скорость вращения чаши, тем тщательнее выполняется перетирание фарша.

Некоторые модели куттеров оснащены дополнительными устройствами, облегчающими работу с агрегатом. Это могут быть устройства для загрузки продукта и выгрузки готового фарша, вакуумные насадки и дозаторы добавляемых в чашу жидкостей.

На куттерные ножи в процессе работы ложится значительная нагрузка. Для нормального функционирования необходимо выполнять их периодическую проверку и заточку.

Комплексное изучение куттерования позволило, установить основные характеристики процесса и продукта (длительность куттерования и влагосодержание), влияющие на качественные показатели сырого фарша и готовой продукции. Отмечены три основные периода куттерования, в которых структурно-механические свойства фарша и готовых изделий (например, предельное напряжение сдвига сырого фарша и предельное напряжение среза изделий после термической обработки) претерпевают изменения.

Куттерование не только обеспечивает должную степень измельчения мяса, но и связывание добавляемого льда. И именно процесс куттерования в значительной мере определяет качество конечной продукции.

В условиях рыночных отношений особое значение для перерабатывающих отраслей АПК приобретают вопросы повышения показателей надежности измельчающих машин и аппаратов. Однако проблема обеспечения перерабатывающих предприятий качественными режущими рабочими органами до настоящего времени не решена. Данное обстоятельство значительно снижает эффективность технологий переработки сельскохозяйственной продукции.

В мясоперерабатывающем производстве широко используются куттеры, оснащенные набором серповидных ножей. Эти режущие органы наряду с острой дефицитностью обладают низкими показателями долговечности и безотказности, что, прежде всего, связано с их конструктивно-технологическим несовершенством. Ножи куттеров являются быстроизнашивающимися деталями, но вопросы их восстановления практически не проработаны. Анализ технологий и конструкций ножей куттеров показывают, что в отечественной промышленности сложилась неблагоприятная ситуация, когда отсутствуют прогрессивные способы и соответствующее оборудование для производства данного вида режущего инструмента, отвечающего современным требованиям.

Таким образом, проблема повышения надежности ножей куттеров и обеспечения ими отечественного перерабатывающего производства, является весьма актуальной.

В зависимости от возможностей и комплектации машин производителями куттеры можно выбирать, исходя из следующих параметров:

наличие вакуумного и/или варочного оборудования;

емкости чаши (обычно от 30 до 750 л);

количество скоростей и количество ножей.

На современном мясоперерабатывающем рынке представлен большой ассортимент оборудования отечественного и импортного производства.

Цель модернизации: что она дает?

Целью модернизации является улучшение технических характеристик оборудования, при которых становится возможным:

- Повышение качества разработки фарша

- Расширение функциональных возможностей оборудования (функция перемешивания).

- Снижение потребляемой электроэнергии при запуске, снижение нагрузки на электросиловые модули куттера.

- Повышение надежности работы и продление срока службы оборудования.

- Простота в управлении и контроле за технологическими процессами.

В чем заключается модернизация?

Помимо технических нововведений, главным образом переделывается электрическая схема куттера, благодаря чему куттер приобретает:

- Плавное регулирование оборотов ножевого вала и чаши благодаря частотным преобразователям.

- Реверсное вращение ножевого вала.

- Повышение оборотов ножевого вала до 3500 об/мин.

- Новая современная модель панели управления с электронными индикаторами.

- Увеличение количества ножей в ножевой головке.

Два аспекта играют решающую роль при оценке привода куттера. С одной стороны здесь необходима достаточная мощность (крутящий момент) ножевого вала, обеспечивающая постоянную рабочую тягу машины. С другой стороны, потребление электроэнергии, связанное с соответствующими финансовыми расходами, должно оставаться на возможно.



1. Описание производственной технологической линии, в состав которой входит куттер Л5-ФКМ

Описание технологической линии производства вареных колбас.

Изготовление вареных колбас состоит из следующих стадий:

- предварительное измельчение мясного сырья;

- посол и созревание мяса;

- тонкое измельчение и приготовление фарша;

- шприцевание фарша в оболочку;

- вязка батонов и навеска его на раму;

- тепловая обработка (обжарка, варка и охлаждение);

- хранение и упаковка.

Обваленное мясо жилуют и нарезают в зависимости от группового ассортимента на куски массой до 1 кг. Мясо в кусках или в измельченном виде взвешивают и подвергают посолу мокрым или сухим способом с использованием посолочных ингредиентов. Затем сырье повторно измельчают в два этапа: грубо (на волчке) и тонко (на куттере).

Сырье, пряности, воду (лед) и другие материалы взвешивают в соответствии с рецептурой с учетом добавленных при посоле соли или рассола и готовят фарш на куттере, куттере-мешалке, мешалке-измельчителе или других машинах.

Вначале загружают нежирное мясное сырье (измельченное на волчке с диаметром отверстий решетки 2…3 мм): говядину высшего, 1-го и 2-го сортов, нежирную свинину, баранину жилованную, а также добавляют часть холодной воды (льда), раствор нитрита натрия (если он не был внесен при посоле сырья), фосфатиды, сыворотку или плазму крови, белковый стабилизатор, соевые белковые препараты в виде геля. После 3…5 мин перемешивания вводят полужирную говядину, пряности, препарат гемоглобина или кровь, сливочное масло (для колбасы диетической), аскорбинат или изоаскорбинат натрия, либо аскорбиновую кислоту и обрабатывают фарш еще 3…5 мин, за 2…5 мин до конца обработки добавляют крахмал или муку.

При приготовлении фарша колбасных изделий с использованием белковых препаратов (изолированных и концентрированных соевых белков, казеинатов и т.д.) в конце перемешивания в куттер добавляют соль из расчета 2,5кг на 100кг гидратированных белковых препаратов. Общая продолжительность обработки фарша на куттере или куттере-мешалке 8…12 мин, температура готового фарша в зависимости от температуры исходного сырья, количества добавленного льда и типа измельчителя составляет 12…18°С.

Для приготовления фарша в высокоскоростных вакуумных куттерах или измельчителях (скорость резания более 120 м/с) используют несоленое жилованное мясо в кусках. Для этого загружают говядину, добавляют лед, раствор нитрата натрия, соль и другие ингредиенты, закрывают крышку куттера, создают остаточное давление 15 кПа и куттеруют сырье 5…8 мин. Затем снимают вакуум и продолжают куттерование в течение 3…4 мин до полной готовности фарша. Общая длительность куттерования 8…12 мин. Температура готового фарша 11…12 °С.

Количество воды, добавляемой при приготовлении фарша, зависит от состава сырья и составляет 15…30 % от массы куттеруемого сырья. Для снижения температуры фарша рекомендуется воду заменять льдом частично или полностью.

Наполнение колбасных кишечных и искусственных оболочек фаршем производят на пневматических, гидравлических или механических вакуумных шприцах при остаточном давлении 8 кПа. Наполнение фаршем искусственных оболочек диаметром 100…120 мм производят с использованием цевок диаметром 40…60 мм. Вязку батонов производят вискозным шпагатом и льняными нитками. В последнее время широко используются искусственные полимерные оболочки и их формовка производится с помощью клипсаторов.

Батоны сырых колбас в натуральной оболочке, нашприцованные без применения вакуума, подвергают кратковременной осадке (для подсушивания оболочки и уплотнения фарша) в течение 2 ч при 0…4 °С.

Рис. 1

В стационарных камерах батоны обжаривают при 90…100 °С в течение 60…140 мин. Обжаренные батоны варят паром в пароварочных камерах или в воде при температуре 75…85 °С до достижения температуры в центре батона 70 °С. После варки колбасы охлаждают под душем холодной водой в течение 10 мин, а затем в камере при температуре не выше 8 °С и относительной влажности воздуха 95 % до достижения температуры в центре батона не выше 15 °С.

После разделки и обвалки мясо направляют на жиловку: отделение соединительной ткани, кровеносных и лимфатических сосудов, хрящей, мелких косточек и загрязнений. Жилованное мясо на предприятиях малой мощности измельчают в волчке 1 и с помощью напольных тележек 2 транспортируют к смесителю 3, в которых производят посол. Посоленное мясо выгружают из смесителя 3 в напольную тележку и транспортируют в камеру созревания 4.

На предприятиях средней и большой мощности измельчение и посол мяса осуществляют с помощью посолочного агрегата 5 или комплекса оборудования для посола мяса 6. В первом агрегате измельченное мясо самотеком попадает в смеситель, а во втором - фаршевым насосом перекачивается по трубопроводу от волчка в весовой бункер смесителя. Посолочные вещества подают автоматические дозаторы в количестве, пропорциональном массе измельченного мяса в деже смесителя. После перемешивания и выгрузки сырье в тележках направляют в камеру созревания 4.

При использовании чашечного куттера 7 для тонкого измельчения и приготовления фарша к шприцующей машине 8 фарш транспортируют в напольных тележках, которые с помощью подъемника разгружаются в приемный бункер шприца. В этом случае формование колбасных батонов производят вручную в отрезную оболочку с одним заделанным концом с последующей ручной вязкой батонов шпагатом на конвейерном столе 9 и разгрузкой их в колбасные рамы 10.

Для приготовления вареных колбас с более высокой степенью механизации применяют комбинированные машины для приготовления фарша 12 и агрегат для формования колбасных изделий 13. Смеситель-измельчитель 11 предназначен для смешивания выдержанного в посоле измельченного мяса с рецептурными ингредиентами и последующим его тонким измельчением. Формование вареных колбас с изготовлением оболочки из рулонного материала осуществляют на колбасном агрегате 13.

После вязки или наложения петли батоны навешивают на палки, которые затем размещают на рамы 10 и направляют в термокамеру 14 для термической обработки (осадки, обжарки, варки и охлаждения).



2. Схема куттера периодического действия

Куттеры предназначены для тонкого измельчения мясного мягкого сырья и превращения его в однородную гомогенную массу. Мясное сырье в куттерах измельчается при помощи быстровращающихся серповидных ножей, установленных на валу. Ножи попеременно погружаются во вращающуюся с частотой до 0,3 с-1 чашу. Измельчение ведется в открытых чашах или под вакуумом. Кроме того, в куттерах совмещают процессы измельчения и смешивания.

Рис. 2

Он состоит из открытой чаши 5, режущего механизма, включающего приводной вал 2 и серповидные ножи 4, из гребёнки 3 и крышки 1, закрывающей рабочую зону куттера. К крышке 1 прикреплены скребки 6, располагающиеся по внешней и внутренней частям продукта, находящегося в чаше. Они направляют продукт под режущий механизм при вращении чаши, который представляет собой комплект серповидных ножей, закреплённых в ножевой головке. Число ножей в комплекте для куттеров периодического действия составляет не менее двух, и вращаются они с частотой до 100 с-1 и более. Нож куттера может иметь режущую кромку в виде прямой линии с заточкой в виде клина или малоизогнутой линии и сложной геометрической формы (ломаная линия). Выбор ножа с первой или второй формой заточки режущей кромки определяется требованиями качества измельчения продукта и энергетическими затратами.



Рис. 3

При существующих формах заточки ножей предпочтение отдаётся ассиметричному клину с углом при вершине от 15 до 30. Ножи закрепляют способом открытого и закрытого гнезда. В первом случае крепление ножей с вилкообразной посадочной частью применяют для куттеров малой производительности. Ножи укрепляют на валу гайкой, и они удерживаются силой трения. Второй способ применяется для высокоскоростных куттеров. Ножи изготавливают с отверстиями в посадочной части.

Конструкцию ножей и ножевой головки (рис.2) выбирают такой, чтобы обеспечить их лёгкую балансировку и рис.2 поддерживать максимальный зазор между внутренней поверхностью чаши и режущей кромкой ножа.

Загрузка куттеров периодического действия производиться вручную или с использованием загрузочных устройств. Измельченный продукт выгружают из чаши вручную в напольную ванную, установленную на тележке, или с помощью разгрузочных тарелок через борт чаши. Основной показатель технической характеристики куттера - вместимость чаши. Выгружают фарш вручную при помощи разгрузочных тарелок или скребков через борт чаши, центральное отверстие в чаше либо опрокидыванием ее. В ротационных куттерах выгрузку производят при помощи отвала. Откидную крышку куттера открывают и закрывают специальными устройствами. В вакуумных куттерах крышка закрывает чашу герметично благодаря резиновой прокладке.

Основной показатель технической характеристики куттера - вместимость чаши. Для малых предприятий применяют куттеры с чашей вместимостью от 15 до 125 л, на крупных - более 125 л.

3. Принцип действия куттера типа Л5-ФКМ

Правила эксплуатации и требования техники безопасности куттер линия производства.

Куттер Л5-ФКМ (рис. 2а) является ротационной мясорезательной машиной с механической выгрузкой фарша, предназначен для окончательного тонкого измельчения мяса, поступающего для приготовления фарша при производстве вареных и ливерных колбас, сосисок и сарделек.

Допускается измельчение охлажденного от -1 до +5 °С мяса в кусках массой не более 0,5 кг, а также блоков замороженного мяса размерами 190x190x75 мм температурой не ниже -8 °С.

Он состоит из станины 1 с электродвигателями приводов ножевого вала и чаши, чаши ножевого вала 6, защитной крышки, выгружателя 4 с тарелкой 5, механизма загрузки 3, тележки 2, дозатора воды и электрооборудования с пультом управления.

Станина 1 изготовлена из двух отдельных частей. В нижней части на качающихся плитах установлены электродвигатели приводов ножевого вала и чаши, в верхней части на подшипниках качения -- ножевой вал, на консоли которого расположены ножевые головки. Механизм выгрузки -- редуктор, к которому с одной стороны фланцем присоединен электродвигатель, с другой -- труба выгружателя с проходящим через нее валом привода тарелки. Исполнительный орган выгружателя -- тарелка. В момент начала выгрузки продукта она получает вращение, а так как одновременно включается муфта червячной пары, то медленно опускается в чашу -- фарш выгружается. При достижении тарелкой дна чаши муфта отключается, движение тарелки вниз прекращается, она продолжает вращаться до полной выгрузки продукта, а затем включается реверс и тарелка поднимается вверх.

Ножевой вал (рис. 2б) состоит из шкива 1, болта 2, крышки 3, подшипников 4 и 6, вала 5, ножевой головки 8, кольца 9, гайки 10. Наружный 7 и внутренний 11 лабиринты обеспечивают заданную траекторию движения продукта.

Зона куттерных ножей закрыта защитной крышкой из нержавеющей стали, заполненной внутри звукопоглощающим материалом, снизу к ней крепится скребок для удаления с наружной поверхности фарша и направления его в лоток, установленный на ограждении чаши. Механизм загрузки -- тележка для транспортирования продукта к куттеру и механизм ее опрокидывания, смонтированный в чугунной станине.

Дозатор воды включает в себя бак с датчиками доз, центробежный насос с электродвигателем для подачи воды в чашу и соленоидный клапан. Принцип работы дозатора основан на объемном измерении. Бак его постоянно наполнен водой доверху. Для выдачи дозы включается насос подачи воды в чашу на определенное количество литров. Когда уровень воды понизится на заданную величину, насос автоматически отключается, клапан открывается и вода из магистрали поступает в бак.

Исходные данные

Производительность, кг/ч. - 1200.

Вместимость чаши, м3 - 0,125.

Установленная мощность, кВт - 30,6.

Занимаемая площадь, м2 - 5,5.

Масса, кг - 2200.

Технологический расчет куттера

На предприятиях малой и средней мощности широкое распространение получил куттер Л5-ФКМ и ФК-0,125

Определение технологических и энергетических характеристик процесса куттерования.

Результаты реологических исследований, описанные выше, позволяют найти производительность куттера, исходя из рациональной продолжительности куттерования и кинематических характеристик машин. Зная закономерности повышения температуры фарша при его измельчении на куттере и полезную мощность, расходуемую режущим механизмом, можно рассчитать энергетические характеристики процесса куттерования. За счет энергии, приводящей в действие ножи и расходуемой на преодоление сопротивления сил трения и перемешивания (95-97%), значительно повышается температура фарша.

В начальный период измельчения, во время загрузки компонентов фарша, в 2-3 раза по сравнению с первоначальной повышается температура (мощность электродвигателя предельная). При установившемся режиме измельчения повышение температуры Дt (°С) можно определить (с погрешностью до 15%) по количеству подведенного тепла из уравнения теплового баланса:

Q=10⁶(5-2U_н(1-b ln))=10⁶(5-2*1(1-0.217 ln10))=4*10⁶Дж, (1)

где Q - количество подведенного тепла, Дж; с - удельная теплоемкость колбасного фарша, Дж/(кг°С) [с = 3750--4050 Дж /(кг°С)]; m -масса загружаемого мяса и воды, кг; 10⁶ - коэффициент, Дж; U_H - влагосодержание фарша, кг влаги / кг абсолютно сухого остатка; b - коэффициент, зависящий от кинематических характеристик куттера, мощности, которую развивает режущий механизм, и упругопрочностных свойств сырья, мин-1 (для куттера малой модели b = 0,217 мин-1 для куттера средней модели b = 0,347 мин-1).

В производственных условиях при куттеровании добавляют лед, поэтому при расчете Дt необходимо ввести поправку на скрытую теплоту плавления льда.

По количеству тепла можно определить мощность, развиваемую режущим механизмом:

N=Q/60=4*10⁶/(60*10)=6667 Вт, (2)

где N - мощность, развиваемая режущим механизмом, Вт.

В этом случае поправку на скрытую теплоту плавления льда не вводят. Изменения величины мощности, рассчитанной по уравнениям (1) и (2), приведены на рис. 4..

Рис. 4 - Изменение мощности, развиваемой режущим механизмом, в зависимости от влагосодержания и продолжительности измельчения на куттере: а - малой модели; б - средней модели

Таким образом, в результате проведенных исследований получены данные для определения повышения температуры фарша при куттеровании, которые позволяют предварительно рассчитывать температуру фарша при фкр и, если она оказывается выше заданной, принять меры к ее понижению (добавление льда вместо воды, переохлаждение мяса и т. д.).

Технологический расчет куттеров сводится главным образом к определению их производительности и мощности привода. Производительность Vч (в кг/ч) куттеров периодического действия рассчитывают по формуле:



где G - масса единовременной загрузки сырья, кг; ф - длительность процесса, с; в - коэффициент заполнения чаши (в= 0,6); с - плотность сырья кг/м3; V - вместимость чаши, л; ф₃, ф_п, ф_в - длительность загрузки, переработки и выгрузки, с.

Мощность двигателя определяется по формуле:

где q - удельный расход энергии, кВт ч/т (при куттеровании q = 8-11 кВт-ч/т, при переработке кускового мяса в куттерах q = 11- 16 кВт-ч/т).

Кинематический расчет

Рассчитаем передаточное отношение привода ножей:

где n_дв - частота вращения двигателя, об/мин;

n_р.о. - частота вращения рабочего органа, об/мин.

Эксперименты необходимо проводить при различных частотах вращения чаши. Рассчитаем эти частоты.

Для изменения скорости используем четырехступенчатые шкивы. Рассчитаем передаточные отношения на каждой ступени

I ступень

где D₂ - диаметр ведомого шкива, мм;

D₁ - диаметр ведущего шкива, мм.

II ступень

III ступень

IV ступень

Привод чаши состоит из червячного редуктора с передаточным отношением U₅=80 и ременной передачи с передаточными отношениями U₁, U₂, U₃, U₅.

Рассчитаем частоту вращения чаши на каждой ступени.

Общее передаточное отношение

на I ступени

U^I=U₅·U₁=80·0,703=56,24

на II ступени

U^II=U₅·U₂=80·1=80

на III ступени

U^III=U₅·U₃=80·1,421=113,68

на IV ступени

U^IV=U₅·U₄=80·2,066=165,28

Тогда получим частоту вращения чаши на I ступени

Рассчитаем угловую скорость ножевого вала:

где n - частота вращения ножевого вала, об/мин.

, с^-1

Мощность на ножевом валу:

N_II=N_дв·з_р.п.·з²_подш,

где N_дв - мощность электродвигателя, кВт;

з_р.п. - коэффициент полезного действия ременной передачи (0,96);

з_подш - коэффициент полезного действия подшипника (0,99).

N_II=7,5·0,96·0,99²=7,056 кВт

Крутящий момент на ножевом валу:

, Н·м

Расчет ременной передачи

Для двигателя мощностью N=7,5 кВт принимаем ремень сечением Б. Согласно рекомендациям принимаем D=280 мм.

Определим скорость пробега ремня:

где D - диаметр шкива, мм;

, м/с

Передаточное число U=1.

Диаметр большего шкива:



где о - коэффициент упругого скольжения (о=0,01).

, мм

По ГОСТ 20895-75 принимаем D₁=D₂=280 мм.

Уточняем передаточное число

Из ГОСТ 1284-68 для размера сечения Б в соответствии с рисунком 3.1 принимаем:

Рис. 5 - Сечение ремня

Проверяем условие

Принимаем межосевое расстояние а=560 мм.

Длина ремня:



, мм

Принимаем l=2000 мм.

Натяжение ремня осуществляется перемещением двигателя.

Угол обхвата

Коэффициент угла обхвата:

С_б=1-0,003(180-б)

С_б=1-0,003(180-180)=1

Коэффициент скорости:

С_v=1,05-0,0005v²

С_v=1,05-0,0005·21,98²=0,808

Принимаем полезное напряжение [у_t]₀=2,04 Н/мм² при у₀=1,4 Н/мм².

Полезное допускаемое напряжение в заданных условиях:

[у_t]=[у_t]₀·С_б·С_v·С_р·С_о,

где С_б, С_v, С_р, С_о - коэффициенты, учитывающие влияние угла обхвата б, скорости v, режима работы С_р, С_о, угла наклона и межосевой линии к горизонту, а также способа натяжения ремня.

[у_t]=2,04·1·0,808·0,8·0,8=1,055 Н/мм²

Нагрузка ремня:



,

где N - передаваемая мощность, кВт;

, Н

Число ремней:

,

где А - площадь поперечного сечения одного ремня, мм².

Принимаем 2 ремня Б - 2000Т ГОСТ 1284-68.

Давление на валы ременной передачи:

,Н

Наибольшее напряжение в ведущей ветви в месте набегания на малый шкив.

где у_F - напряжение изгиба ремня на малом шкиве, Н/мм²;

у_v - напряжение от центробежной силы, Н/мм²;

у_о - напряжение от предварительного натяжения, Н/мм²;

у_t - полезное напряжение, Н/мм².

, н/мм²

,

где д - толщина ремня, мм;

D_min - диаметр меньшего шкива, мм;

Е - модуль продольной упругости, Н/мм², для прорезиненных ремней 80-120.

, Н/мм²

,

где с - плотность ремня, кг/м³

для прорезиненных и клиновых 1200-1500 кг/м³

у_v=1200·21,982·10-6=0,58 Н/мм²

у_max=1,4+0,62+3+0,58=5,6 Н/мм²

Начальное натяжение ремня:

,

где f - коэффициент трения; для прорезиненного ремня и чугунного шкива f=0,30;

б - угол обхвата на малом шкиве, рад

, Н

Натяжение ведущей и ведомой ветвей без учета дополнительного натяжения от центробежных сил

,Н

,Н

Прочностной расчет вала

Определим диаметр вала из условия прочности на кручение при пониженных допускаемых напряжениях.

,

где Т - крутящий момент, Н·мм;

[ф] - допускаемое условное напряжение при кручении, Н/мм.

[ф]=15 Н/мм2.

мм

По ГОСТ 6636-69 принимаем d=25 мм.

Определим силу на конце вала:



где d - диаметр окружности наиболее удаленной точки ножа, мм.

Н.

Вертикальная плоскость

УМ_а=Q·c+R_b(b+c) - F(a+b+c)=0

Н

УМ_b= - F·a-Q·b+R_a(b+c)=0

Н

УF_y=0 - проверочное условие

УF_y=F - R_b - Q+R_a=230,46 - 182,72 - 772,8+725,46=0

Условие выполняется.

Строим эпюры изгибающих моментов в вертикальной плоскости

М_изгI=F·489,5·10-3=230,46·0,4895=112,81 Н·м

М_изгII=Q·c - F·a+R_b(b+c)=772,8·0,160 - 230,46·0,716+182,72·0,227=0

М_изгIII=R_a·c=725,46·0,16=116,07 Н·м

Строим суммарную эпюру моментов.

Н^.м

Н^.м



Н^.м

Наиболее опасным является сечение, где действует максимальный эквивалентный момент (М_экв=124,47 Н·м). В данном случае (место посадки шкива) вал ослаблен шпоночным пазом, который в то же время является концентратором напряжений.

Определим коэффициент безопасности в этом сечении.

Материал вала - сталь 45.

Предел прочности у_в=700МПа.

Предел выносливости у_-1=270МПа.

Предел выносливости при кручении ф_-1=160МПа.

,

где S_у - коэффициент безопасности по изгибу;

S_ф - коэффициент безопасности по кручению.

,

где у_a - переменная составляющая циклов изменения напряжений;

у_m - постоянная составляющая циклов изменения напряжений;

у_-1 - предел выносливости при изгибе (у_-1=270Мпа);

k_у - эффективный коэффициент концентрации напряжений при изгибе, (k_у=1,1);

о_у - масштабный фактор, учитывающий влияние размеров сечения вала (о_у=0,84);

в - коэффициент упрочнения, вводимый для валов с поверхностным упрочнением (в=0,44);

Ш_у - коэффициент, характеризующий чувствительность материала к асимметрии цикла изменения напряжений (Ш_у=0,075).

По этим зависимостям определяются постоянные составляющие циклов изменения напряжений у_m и у_m (средние напряжения цикла) и переменные составляющие у_а и ф_а (амплитуды цикла) при симметричном цикле изменения напряжений изгиба и пульсирующем (отнулевом) цикле изменения напряжений кручения.

,

где ф_а - переменная составляющая циклов изменения напряжений;

ф_m - постоянная составляющая циклов изменения напряжений;

ф_-1 - предел выносливости при кручении при симметричном знакопеременном цикле (ф_-1=160Мпа);

k_ф - эффективный коэффициент концентрации напряжений при кручении (k_ф=1,1);

в - коэффициент упрочнения, вводимый для валов с поверхностным упрочнением (в=0,94);

Ш_ф - коэффициент, характеризующий чувствительность материала к асимметрии цикла изменения напряжений (Ш_ф=0,045).

,

где М - суммарный изгибающий момент в рассматриваемом сечении (Н·мм);

W - момент сопротивления в рассматриваемом сечении (мм³).

Для сечения вала с одной шпонкой:

мм²

МПа

,

где W_с - полярный момент сопротивления, мм³.

Для сечения вала с одной шпонкой:

мм³

Мпа

Что соответствует условию S?[S_доп]. Таким образом безопасность обеспечена.

Рис. 6 - Схема нагружения вала

куттер нож вал подшипник

Подбор подшипников

Вал воспринимает радиальные нагрузки. Принимаем сферический двухрядный радиальный шарикоподшипник тип 1609 ГОСТ 5720-75

d=45мм

D=100мм

В=36мм

Для выбранного подшипника выписываем характеристики:

С - динамическая грузоподъемность, кН, (С=41,5кН);

С₀ - статическая грузоподъемность, кН, (С₀=19,43кН);

Х - коэффициент радиальной нагрузки (Х=1);

V - коэффициент вращения (V=1, так как вращается внутреннее кольцо подшипника).

Эквивалентная нагрузка:

P=X·V·F_r·k_у·k_ф,

где F_r - радиальная нагрузка, Н;

k_у - коэффициент безопасности (k_у=1,1);

k_ф - температурный коэффициент, учитывающий рабочую температуру нагрева подшипника, если она превышает 373,15К (k_ф=1).

Р=1·1·725,46·1,1=798Н

Долговечность подшипника:

,

где n - частота вращения, об/мин;

L_h - долговечность подшипника, (L_h=8·103ч).

млн.об.

Далее определяем расчетную динамическую грузоподъемность (С_р) и проверяем условие: С_р?С

,

где m=3 для шариковых подшипников.

кН

Таким образом получили С_р<С.

Принимаем подшипник 1609 ГОСТ 5720-75.

Расчет шпонки

Для вала с диаметром d=45мм под шкив принимаем призматическую шпонку

.

Так как высота и ширина призматических шпонок выбирается из стандартных размеров, расчет сводится к проверке шпонки по допускаемым напряжениям при принятой длине или высоте на основании. На основании допускаемых напряжений находится ее длина.

Шпонка проверяется из условия прочности на смятие и на срез.

T?0,5d·l_p·k[у_см],

где d - диаметр вала, мм;

l_p - рабочая длина шпонки, мм;

Т - крутящий момент, Н·мм;

k - рабочая высота (глубина врезания в ступицу шпонки).

k=0,4h=0,4·9=3,6мм.

Материал шпонки - Сталь 45 ГОСТ 1050-88:

[у_см]=150Н/мм²

[ф_ср]=90Н/мм².

Т?0,5·45·70·3,6·150=85050 Н·мм

44940<85050.

Таким образом, условие прочности на смятие выполняется.

Условие прочности шпонки на срез:

T?0,5d·b·l_p[ф_ср](3.39)

Т?0,5·45·14·70·90=198450 Н·мм

44940<198450

Таким образом, условие прочности на срез также выполняется.

Необходимо отметить, что для качества измельчения фарша большое значение имеет схема расположения куттерных ножей в пространстве. Наиболее оптимальной следует признать «лепестковую» схему. Эта схема позволяет получить наибольшее поле резания за один оборот вала и чаши куттера. Однако парная конструкция ножевых блоков снижает поле резания.



Заключение

Установлено, что в процессе эксплуатации куттеров ножи интенсивно изнашиваются под влиянием комплекса физико-механических и химических воздействий при активном участии перерабатываемого продукта. Доминирующими дефектами являются износ режущей кромки (57%) и поломка лезвия (41%) в результате значительных изгибающих нагрузок. Серийные ножи куттеров характеризуются низкими показателями надежности, обусловленными их конструктивно-технологическим несовершенством. Кроме того, ножи куттеров после выработки ресурса практически непригодны к восстановлению.

Устранение недостатков, присущих серийным ножам куттеров, базируется на их конструктивно-технологическом совершенствовании и заключается в научном обосновании многослойной конструкции, позволяющей за счет использования в качестве наружных слоев стали 40X13 твердостью HRC 56, а внутреннего -- стали 40X13 твердостью HRC 24, снизить напряженное состояние изделий и тем самым повысить показатели безотказности и долговечности, а также предусмотреть возможность восстановления режущего инструмента.



Список использованных источников

1. Якушев. О.И. Механизация погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работ на предприятиях мясной и молочной промышленности. учебное пособие / О.И. Якушев, В.А. Белухин -М:МГУПБ,2001.-171с.

2. Машины и аппараты пищевых производств. В 2 кн. Кн. 1:Учеб. Для вузов / С.Т. Антипов и др.; под ред. В.А. Панфилова. - М.: Высш. Шк., 2001. - 703с

3. Пелеев А.И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности. - М.: Пищепромиздат, 1963.

4. Технологическое оборудование мясокомбинатов. Бредихин С.А., О.В. Бредихина, Ю.В. Космодемьянский - М.: Колос, 2000. - 392с

5. Д.М. Гальперин. Монтаж и наладка технологического оборудования предприятия пищевой промышленности. - М.: Агропромиздат, 1988.

6. Рогов И.А. Справочник технолога колбасного производства. М.: Колос, 1993.-258.

7. Корнюшко Л.М. Оборудование для производства колбасных изделий. -М.: Колос, 1993.-305 с.

8. Технология мяса и мясопродуктов. /Под ред. И.А. Рогова. М.: Агропромиздат, 1988. - 576 с.



Приложение

Спецификации

формат	зона	позиция	Обозначение	Наименование	Кол.	Приме-чание
				ДОКУМЕНТАЦИЯ
А1			КП260501.017-13ВО	Куттер Л5-ФКМ
			КП260501.017-13ПЗ	Пояснительная записка
				ДЕТАЛИ
			КП260501.017-131	Станина	1
			КП260501.017-132	Тележка	1
			КП260501.017-133	Механизм загрузки	1
			КП260501.017-134	Выгружатель	1
			КП260501.017-135	Тарелка	1
			КП260501.017-136	Чаша ножевого вала	1

Размещено на Allbest.ru

...