Общая технология производства хлебобулочных изделий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Хлебобулочная продукция прочно обосновалась на российском рынке.

На нее постоянно растёт спрос жителей не только столичного региона, но и российских провинций.

Современное хлебопекарное производство характеризуется высоким уровнем механизации и автоматизации технологических процессов производства хлеба, внедрением новых технологий и постоянным расширением ассортимента хлебобулочных изделий, а также широким внедрением предприятий малой мощности различных форм собственности. Всё это требует от работников отрасли высокой профессиональной подготовки, знания технологии и умения выполнять технологические операции по приготовлению пшеничного и ржаного теста, по разделке и выпечке различных видов изделий.

К основным технологическим процессам хлебопекарного производства относятся замес и брожение теста, деление его на порции, формование заготовок, расстойка и выпечка.

Упрощённое изображение расположения технологических машин и аппаратов, а также увязанного с ними транспортного оборудования, в соответствии с принятой технологией производства, представляет собой машинно-аппаратурную схему.

В качестве основных машинно-аппаратурных схем можно рассмотреть схему производства ржаного хлеба, вырабатываемого на крупных хлебопекарных предприятиях [6].

Рис.1 Машинно-аппаратурная схема производства ржаного хлеба

На рис.1 приведена машинно-аппаратурная схема производства ржаного хлеба. На производство мука подаётся специализированным транспортом. Для разгрузки ёмкость автомуковоза подключают с помощью гибкого шланга к приёмному щитку 8. Мука по трубам 10 аэрозольтранспортом подаётся в силосы 9, в которых хранится. По мере необходимости из силосов мука с помощью роторных питателей 7 и через переключатель 11 поступает в бункер 12, затем -- в просеиватель 13, промежуточный бункер 14 и на автоматические весы 15. Далее мука подается в производственные силосы 16, из которых дозируется в тестомесильную машину 17.

Работу аэрозольтранспорта обеспечивает компрессорная станция, оборудованная компрессором 4, ресивером 5 и фильтром 3. Для равномерного распределения сжатого воздуха при всех режимах работы перед питателем устанавливают ультразвуковые сопла 6.

При тарном хранении сахар поступает и хранится в мешках, дрожжи, маргарин, яйца -- в ящиках, жиры -- в бочках. Скоропортящееся сырье хранят в холодильных камерах.

При бестарном хранении соль, сахарный сироп, дрожжевое молоко, жиры, молочная сыворотка доставляются специализированным автотранспортом. При поступлении в жидком виде сырьё перекачивают по трубопроводам в расходные бачки, откуда через дозирующие устройства они поступают на замес.

Подача жидких компонентов к тестомесильной машине осуществляется дозировочными станциями 18, питающимися от расходных бачков 20 и 21.

Тесто замешивается в тестомесильной машине 17 и подаётся на брожение в агрегат 19. Отсюда оно поступает в делитель 22. Далее заготовки с помощью маятникового укладчика 1 загружаются в ячейки люлек расстойного шкафа 2, где они находятся 40...50 мин. Расстоявшиеся заготовки перекладывают на под печи 23, в рабочей камере которой осуществляются гигротермическая обработка и выпечка.

Выпеченные изделия с помощью укладчика 24 загружаются в контейнеры 25 и направляются в остывочное отделение и экспедицию.

Общая длительность технологического процесса приготовления хлеба, обычно составляет 9...10ч.[6]

Тестоделение - это операция, которая требует наибольшей точности и строгого контроля. Сложность выполнения заключается в специфичности свойств теста. Тестоделительные машины предназначены для разделения теста на заготовки одинаковой массы и формы.

В зависимости от конструкции машин воздействие на различные виды теста будет также различным. Таким образом, правильно подобранное и отлаженное тестоделительное оборудование оказывает существенное влияние на качество продукции и весь технологический процесс в целом.

1. Тестоделительные машины

Все тестоделительные машины делят тесто по объёмному принципу.

Поэтому для получения кусков одинаковой массы тесто должно иметь постоянную равномерно распределённую плотность. Основным качественным показателем работы тестоделительной машины является точность массы кусков теста. Определение точности работы тестоделительной машины имеет конечной целью обеспечение выпуска стандартной продукции, сокращение производственных потерь и обнаружение возможных отклонений в технологических параметрах приготовления тестовых полуфабрикатов. После деления теста на куски оно подвергается целому ряду технологических операций, сопровождающихся изменением массы. Поэтому по массе готовых изделий трудно установить, на каком этапе технологического цикла произошло сверхнормативное изменение массы. В соответствии с действующими стандартами допустимые отклонения массы отдельных изделий определяются в конце технологического процесса -- по остывшему хлебу. Максимальное отклонение массы десяти одновременно взвешенных изделий не должно превышать + 2,5% номинальной массы, а отклонение одного изделия - не более 3,0%.

Сложность процесса деления теста обусловливается, прежде всего, неоднородностью самого продукта обработки. При делении теста одного какого-либо сорта в приёмную воронку тестоделительной машины может поступать тесто различной консистенции и различной объёмной массы вследствие отклонений при дозировании компонентов, а также из-за возможных нарушений режима технологического процесса. Кроме того, объёмная масса теста зависит от свойств перерабатываемой муки и изменяется при делении теста в зависимости от степени обработки его в тестоделительной машине.

Для получения кусков теста равной массы имеют большое значение условия и режим работы машины: уровень теста в приёмной воронке; величина и постоянство давления на тесто в конце нагнетательного процесса; взаимодействие рабочих органов и теста. Уровень теста в приёмной воронке должен поддерживаться постоянным и при этом обеспечивается надёжное заполнение рабочей камеры.

После анализа литературы и рассмотрения различных видов тестоделительных машин, предпочтение было отдано тестоделительной машине со шнековым нагнетателем (рис. 2), т. к. она отличается сравнительной простотой устройства и интенсивным механическим воздействием на тесто.

Такая конструкция тестоделительной машины хорошо подходит для деления заготовок при изготовлении мелкоштучных хлебобулочных изделий.

Рис. 2. Принципиальная схема тестоделительной машины со шнековым нагнетателем без делительной головки: 1-- приёмная воронка, 2 -- нагнетающие шнеки (2 шт.), 3 -- отсекающий нож, 4 -- мундштук, 5 -- ролик, включающий привод[3].

1.1 Нагнетатель теста

Нагнетатель теста выполняет важную функцию по подачи теста из тестоделительной машины в тестоделитель. Необходимым условием является бесперебойная подача для поддержания необходимого уровня теста.

Рассматриваемый нагнетатель (рис. 3) состоит из чугунного корпуса 1, который установлен и закреплён на чугунной плите. Внутри корпуса эксцентриситетом вращается ротор.

Загрузочный и выпускной патрубок имеют присоединительные фланцы. В пазы ротора вставлены два выдвигающихся чугунных шибера 9 и два бронзовых 1, посредством толкателей, связанные между собой попарно.

С торцов корпус закрыт съёмными крышками. В крышке запрессованы металлофторпластовая втулка 14 и подшипник 18, которые являются опорами вала. Для предотвращения течи теста из нагнетателя имеются сальниковые набивки 6, которые прижимаются фланцами 3,4.

Приводом нагнетателя является мотор - редуктор МПз2-50- 22,4, который передаёт вращение валу нагнетателя, посредством упругой муфты (4). Муфта закрыта ограждающим щитком 5.

Тесто подается сверху в загрузочный патрубок и заполняет внутреннюю часть корпуса нагнетателя, захватывается шиберами ротора и нагнетается в выходное отверстие. Частота вращения ротора нагнетателя постоянна.

Перед началом работы нагнетателя необходимо убедиться в правильности вращения выходного вала мотор - редуктора[1-2].

Перед остановкой нагнетателя на длительный период необходимо выработать все находящееся в нем тесто, при необходимости разобрать и

удалить оставшееся тесто.

Рис. 3. Нагнетатель теста

1.2 Укладчик-делитель

Рассматриваемый укладчик-делитель со шнековым нагнетателем предназначен для деления мелкоштучных хлебобулочных изделий из пшеничного, ржаного и ржано - пшеничного теста на равные куски развесом 0,04-1кг, производительность 40-65 заг./мин., точность деления 1,5%, масса делителя 810 кг.

Укладчик - делитель состоит из привода: электродвигатель 4А100S4У3, муфты, редуктора Ц2У-125-10-1-2; двух цепных кинематических пар; звездочек 4, 5 для вращения шнека и звездочек 6,7 для вращения тестоделительной головки и перемещения каретки (рис. 4).

Механизм перемещения форм включает в себя привод, состоящий из электродвигателя 4A90L6У3, редуктора 24-80 31,5-2-1-2; клиноременной передачи: ведущий вал D-130мм, ведомый D 135мм и цепной передачи, приводящей в движение конвейер печи.

Работает делитель следующим образом. Тесто подается в приемный бункер 17, где оно отлеживается в течение нескольких минут. Далее тесто самотеком поступает в рабочую полость шнека. Вращаясь от электродвигателя и цепной передачи шнек своими лопастями перемещает тесто, при этом оно уплотняется, полностью заполняет рабочую камеру, что создает определенное давление нагнетания теста в мерный цилиндр делительной головки, которая периодически поворачивается на 180° с помощью однобортной муфты. При заполнении тестом мерного кармана с другой стороны головки спаренный поршень выталкивает ранее отмеренную заготовку на лоток укладчика. Регулирование массы кусков теста производится изменением объема мерного кармана путем сближения или удаления половинок поршня. Одновременно с поворотом делительной головки происходит перемещение цепного конвейера на один шаг. Так последовательно заполняются тестовыми заготовками формы укладчика, и, когда наберется количество, соответствующее числу форм на люльке, произойдет отключение приводного двигателя и делитель остановится[4,5].

Для нормальной эксплуатации делителя необходимо равномерно подавать тесто в приемную воронку, поддерживать в воронке постоянный уровень теста, периодически проводить очистку соприкасающихся с тестом части машину.

Рис. 4. Схема кинематическая /укладчик - делитель

1.3 Стабилизатор для выравнивания давления в делительной головке

Приспособление относится к хлебопекарной технике, a именно к области дозирования теста, в условиях полевых хлебозаводов и небольших хлебопекарных предприятий.

Известна тестоделительная машина, содержащая нагнетатель, выполненный в виде корпуса со смонтированным в нем шнеком, делительную головку, представляющую собой корпус с периодически поворотным барабаном, имеющим мерную камеру с плавающим в ней поршнем, приспособление для соединения горловин корпусов нагнетателя и делительной головки и механизм для вращения барабана длительной головки, включающий однооборотную муфту и двуплечий рычаг, который связан с упругим элементом и взаимодействует с поршнем делительной головки и койне его хода.

Известная машина ненадежна в работе из-за отсутствия предохранительного механизма, исключающего возможность поломок в случае нападения посторонних предметов или засыхания кусков теста между корпусом и барабаном делительной головки.

Кроме того, в ней отсутствует регулировка давления и мерной камере, что, в свою очередь, снижает точность деления теста.

Цель модернизации -- возможность регулирования давления в мерной камере, повышения точности деления и надежности эксплуатации машины.

Это достигается там, что упругое звено снабжено приспособлением для регулировании степени его натяжения.

Отличительной особенностью предложенной машины является и то, что приспособление для соединения горловин корпуса нагнетателя и делительной головки выполнено в виде стягиваемого разрезного кольца, устанавливаемого на горловинах, однако вместо уплотнительных колец используются раздвижные кольца расположенные в виде спирали. Из-за этого независимо от давления на входе, на выходе давление будет одинаковым за счёт разжимания (тесто само сдвигает-раздвигает спираль) т.е. меняется пропускная способность спирали. За счёт этого стабилизируется давление и из-за этого улучшается точность деления.

Рис. 5 Стабилизатор для выравнивания давления в делительной головке.

На рис. 5 изображена схема предлагаемой машины: приспособление для соединения корпусов нагнетателя и делительной головки и разрез по А--А (рис.3)

Предлагаемое приспособление состоит из корпуса нагнетателя 1, раздвижных колец 2, уплотнительных колец 3 и 5 из резины, корпуса делительной головки 6 в котором расположен периодически поворотный барабан 7, разрезного кольца 4 и стягиваемого болта 8.

Описанное устройство работает следующим образом.

При прохождении массы из корпуса нагнетателя в делительную головку раздвижные кольца в зависимости от концентрации разжимаются, если концентрация густая, а если жидкая то сжимаются. Следовательно, поток массы подается в делительную головку при постоянном давлении.

2. Обоснование параметров рабочего процесса тестоделительных машин

Влияние соотношения характерных объемов тестоделителя на степень механической проработки теста было рассмотрено в теории тестоделительных машин. В зависимости от кратности обжатия теста К_н в делительных машинах оно подвергается различному механическому воздействию, заключающемуся в механическом перемешивании и многократном сжатии теста до определенного давления. Величина давления существенно влияет на точность деления и качественные показатели теста. Известно, что с увеличением рабочего давления повышается точность работы делителя, но когда она превысит определенное значение, то произойдет нежелательное изменение структуры теста, ухудшение его свойств.

Б. А. Николаев обратил внимание на то, что механическая обработка существенно влияет на упруго-вязкие свойства теста, способствует на определенной стадии улучшению структуры пористости и даже влияет на цвет мякиша. Усиленная механическая обработка теста способствует повышению газообразующей и газоудерживающей способности теста, а, следовательно, и повышению качества хлеба.

К. Н. Чижова отмечала в ряде работ, что механическое удаление углекислоты из теста перед его разделкой способствует увеличению объема хлеба, повышению пористости и осветлению мякиша.

Для улучшения поведения теста при различных давлениях во ВНИИХПе была создана специальная установка и проведены исследования. Установка представляла собой цилиндр со сплошным дном, внутри цилиндра помещали испытуемое тесто, закрывали его поршнем и сжимали с помощью винтового пресса. Для выпуска воздуха, попавшего в цилиндр с тестом, на боковой поверхности цилиндра были вмонтированы пробки.

Давление в цилиндре измеряли с помощью манометра, соединенного трубкой с тестовой камерой. Трубку заполняли солидолом. Для опытов брали тесто заводского приготовления из ржаной муки I сорта, влажность теста составляла 42%, кислотность - 3°Н, а также по рецептуре батончиков к чаю при влажности 40,4 %, кислотности 3°Н. В рецептуре последнего теста содержалось сахара 10%, сливочного масла 8 %.

Тесто подвергали сжатию в описанной установке от 0,5 до 1010⁵Па. Отдельно проводили десятикратное сжатие теста до 0,510⁵; 210⁵ и 510⁵Па. От спрессованной массы отделяли три заготовки по 440 г, которые затем округляли, закатывали, расстаивали и выпекали в виде батона на заводском оборудовании. Параллельно проводили контрольные опыты без сжатия теста.

Этими опытами было установлено, что с увеличением давления на тесто при его делении во всех случаях увеличивался объем хлеба в среднем на 10 %, заметно улучшалась пористость.

На основании этих опытов Я. В. Тихомиров и Н. В. Тульский пришли к выводу, что повышение давления в камерах тестоделительных машин до (310)10⁵ Па приводит к улучшению пористости хлеба и увеличению его объема, а поскольку увеличение давления способствует повышению точности деления, то, следовательно, в тестоделительных машинах целесообразно повышать давление до указанных пределов.

Как показали опыты, при интенсивной механической обработке теста перед делением шнеками, валками и другими устройствами точность деления может быть достигнута при сравнительно низком давлении (порядка 0,510⁵ Па) в результате предварительного удаления углекислоты из теста.

Следовательно, при анализе опытов необходимо учитывать методику проведения опытов и приемы оценки влияния давления на поведение теста в расстойке и выпечке, а также степень его механической проработки на стадии замеса и разделки. На основании изложенного приходим к выводу, что для обоснования рабочих параметров следует разработать методику эксперимента и программу исследований, которая позволила бы установить рациональные параметры рабочего процесса для различных сортов теста. При этом наиболее важным показателем следует считать кинетику изменения объема и конечный объем готового изделия, а также вариации массы заготовок при допустимом колебании давления[8].

Для выявления рациональных параметров рабочего процесса тестоделителя образцы теста заводского приготовления подвергали сжатию в экспериментальной камере. Затем заготовки с различной степенью обжатия округляли вручную и укладывали по четыре штуки в ряд на расстойные доски, которые помещали в лабораторный расстойный шкаф при температуре воздуха 34°С и относительной влажности 70 %. Через каждые 10 мин измеряли высоту и средний диаметр заготовок с помощью штангенциркуля.

На рис. 6 приведены кривые изменения диаметра и высоты заготовок после обжатия до различного давления.

Рис. 6. Изменение диаметра (а) и высоты (б) тестовых заготовок в процессе расстойки после сжатия до: 1 - 0,510⁵ Па, 2 - 10⁵ Па, 3 - 210⁵ Па, 4 - 510⁵ Па.

Для получения исчерпывающей оценки роста заготовок необходимо знать изменение их объема в процессе расстойки.

Объем заготовок был рассчитан с помощью уравнения:

где d - средний диаметр заготовки, определяемый как среднеарифметическое двух взаимноперпендикулярных замеров диаметра заготовки; h - высота заготовки; k - коэффициент, учитывающий отклонение фактического объема от расчетного; для теста ржаного из муки I сорта k=l,09, для муки II сорта k=l,06.

На рис. 3 приведены кривые изменения объема тестовых заготовок в расстойке после обжатия в камере до различных давлений. Здесь интересно отметить, что с повышением давления до 210⁵ Па объем заготовок достигает максимального значения. При увеличении давления свыше 210⁵Па объем уменьшается так же, как и при снижении давления. Таким образом, было установлено, что для теста, приготовленного по современной технологии, обжатие до 210⁵Па оказывает положительное влияние на расстойку, способствует укреплению его структуры и газоудерживающей способности, о чем свидетельствует максимальный объем и диаметр заготовок в расстойке.

Рис. 7. Изменение объема заготовок в расстойке после сжатия до различного давления (обозначения те же, что и на рис. 5).

Высота заготовок была максимальной после сжатия теста до 510⁵Па, но при этом диаметр и объем оставались меньшими. Последнее свидетельствует о том, что структура теста продолжала укрепляться, но образующиеся газы не в силах были растянуть его до нужного объема. При давлении 210⁵ Па высота заготовок была минимальной, а диаметр и объем близки к максимальному. Исходя из этих опытов, область рациональных параметров рабочего давления делителя ограничивается (12) 10⁵ Па. Аналогичные результаты были получены для ржаного теста из мука II сорта.

Проведенные исследования позволили установить факт положительного влияния давления на укрепление структуры теста и установить область рациональных значений давления.

Для уточнения влияния рабочего давления в мерной камере на точность деления произведем расчет допустимых колебаний давления. Для расчета возьмем тесто ржаное из муки I сорта.

Относительная погрешность массы заготовки при изменении давления от p₁ до р₂ определяется по уравнению:

где p₁ и р₂ - плотность теста при давлениях p₁ и р₂.

Из уравнения определим р₂ при заданной величине погрешности:

Пусть =1,5 %, p = 10⁵ Па. По диаграмме определим p_l = 1,17410³ кг/м³ и произведем подстановку в уравнение найдем р₂:

по нему по кривой состояния определим р₂ =1,510⁵ Па. Из расчета следует, что при рабочем давлении 10⁵ Па колебания давления в 0,510⁵ Па приводят к максимальной погрешности массы заготовки, не превышающей 1,5%. а при рабочем давлении 210⁵Па аналогичные колебания вызовут погрешность массы:

Из приведенных расчетов следует, что при указанных колебаниях рабочего давления в камере тестоделителя в области от 10 до 210⁵Па погрешность меньше допустимых норм в обоих случаях. Настоящие исследования и расчеты позволили установить область рационального давления в рабочей камере тестоделителя в пределах (12)10⁵ Па.

Однако при выборе рационального значения рабочего давления тестоделителя необходимо учитывать тот факт, что при снижении рабочего давления от 210⁵ до 110⁵ Па достигается лучшая комбинация показателей качества теста, снижаются мощность приводного электродвигателя и расход энергии примерно на 30%, почти в два раза уменьшаются максимальные нагрузки на все подвижные элементы машины, значительно повышается долговечность и безотказность работы делителей.

3. Расчёт и конструирования основных узлов тестоделителя

3.1 Расчёт шнека тестоделительной машины

Основными достоинствами шнековых устройств являются: компактность, незначительная стоимость, удобство расположения мест загрузки и разгрузки, простота изготовления ухода, регулировки загрузки и выгрузки.

Шнеки могут выполняться как с прерывной винтовой поверхностью (рис. 8), так и с непрерывной.

Винтовые поверхности получаются как след от движения образующей (прямой, кривой) вокруг и вдоль некоторой оси. Винтовая линия, описываемая какой-либо точкой образующей (производящей), называется директрисой или направляющей винтовой поверхности. Осевой размер, соответствующий подъему производящей точки за один полный оборот, называется шагом винтовой линии. Винтовая линия называется правильной, если образующая перемещалась вокруг и вдоль некоторой оси равномерно с постоянной скоростью. Если развернуть правильную винтовую линию, соответствующую наружному цилиндру диамером D шнека на длине одного шага Н, на плоскость, то получим прямоугольный треугольник ABC с основанием, равным длине развернутой окружности цилиндра D и высотой, равной шагу винтовой линии. Этот треугольник называется шаговым. Угол , составленный развернутыми винтовой линией и основанием цилиндра, называется углом подъема винтовой линии.

Рис. 8. Схемы шнеков с винтовой поверхностью: а - прямой; б - косой; в, г - кривой; д - с переменным шагом; е - с переменным диаметром.

Из опыта работы многих шнековых устройств известно, что в результате движения винтовой поверхности шнека транспортируемый материал движется не параллельно его оси, а винтообразно с переменной скоростью в осевом и радиальном направлениях в зависимости от расстояния частиц материала до оси шнека, от коэффициента трения и величины противодавления.

Движение материала по винтовой поверхности шнека можно условно представить как движение ряда не связанных между собой отдельных частиц. При принятом допущении каждая частица материала движется по своей винтовой линии поверхности шнека, развертка которой есть гипотенуза шагового треугольника

При отсутствии трения между развернутой винтовой линией АВ (поверхностью шнека) и частицей М транспортируемого материала последняя движется перпендикулярно этой поверхности, все время с ней соприкасаясь под действием силы трения Гц между частицей и основной плоскостью (развертка цилиндра-корпуса). При одном обороте шнека частица материала в осевом направлении проходит путь hl = H cos² и оказывается в точке M1.

При наличии трения между частицей и поверхностью шнека (сила трения F_ш) частица М будет перемещаться под углом трения к нормали С1М1 винтовой линии и за один оборот шнека окажется в точке М₂, пройдя в осевом направлении путь:

(3.1)

где f=tg - коэффициент трения частицы материала о винтовую поверхность шнека.

Рис. 9. К определению параметров шнека

При вращении шнека частицы материала движутся не прямолинейно, а по винтовым линиям - вдоль и вокруг оси шнека, в результате чего и происходит уменьшение их перемещения в осевом направлении (h<H). Это уменьшение можно учесть с помощью коэффициента k₀ отставания или коэффициента k_B вращения частиц материала, аналитические зависимости для которых вытекают из ранее рассмотренной схемы:

- без учёта сил трения

; (3.2)

-с учётом сил трения

. (3.3)

Если формуемый или прессуемый материал является пластично-вязким и обладает адгезией, то в качестве коэффициента трения берётся коэффициент внутреннего трения, определяемым из условия связи частиц между собой при сдвиге слоев материал.

Таким образом, движение частиц продукта в шнековом устройстве можно учитывать коэффициентом перемещения:

(3.4)

Рис.10. К выбору диаметра вала

Так как углы наклона винтовых линий правильной прямой винтовой поверхности шнека изменяются от D на периферии до 90° в центре шнека, то осевое перемещение частиц материала, расположенных в радиальном направлении, будет неодинаковым - от h на периферии до 0 в месте, где угол подъема винтовой линии равен ₀=(90-)

Для практических расчётов достаточно принимать среднее арифметическое значение углов подъёма винтовых линий на периферии ао и у вала d шнека, т. е.:

. (3.5)

Углы подъёма винтовых линий равны:

(3.6)

(3.7)

Диаметр d вала шнека должен быть больше предельно допускаемого диаметра d_пр определяемого из условия:

(3.8)

С учётом изложенного производительность шнекового устройства будет определяться произведением полезно заполненного одношагового межвиткового объёма в пределах плоского угла в один радиан на угловую скорость вращения шнека, т.е.

(3.9)

где - толщина витка шнека в осевом направлении по наружному диаметру; р -плотность материала; - коэффициент заполнения межвиткового пространства; - угловая скорость вращения шнека.

При заданной производительности по уравнению можно определить параметры шнека.

Шаг винтовой линии выбирается равным (0,7 - 0,8)D. При меньших значениях шага винтовой линии возможен отрыв материала от внутренней поверхности корпуса устройства из-за преобладания над ней винтовых поверхностей шнека, в результате которого материал будет только вращаться (проворачиваться) вместе со шнеком.

Для предотвращения проворачивания материала на внутренней поверхности корпуса устройства устанавливают ребра или выполняют углубления, располагая их в продольном или винтовом направлении. Площади внутренней цилиндрической поверхности корпуса шнекового устройства и одной стороны поверхности шнекового витка на длине одного шага шнека можно определить по выражениям:

(3.10)

(3.11)

где L и 1 -- развёртки винтовых линий, соответствующие диаметрам шнека и вала. Их отношение:

(3.12)

должно лежать в пределах 0<kf<l.

Крутящий момент шнека может быть определен по выражению:

(3.13)

где p - осевое давление шнека, действующее на единицу поверхности; k₁ - коэффициент, учитывающий проскальзывание материала относительно поверхности шнека; k₂ - коэффициент перекрытия, учитывающий активную часть последнего витка, создающую давление непосредственно на материал в мундштуке,

(3.14)

где k₃ - коэффициент бокового давления формуемого материала, который ориентировочно может быть принят равным:

(3.15)

где К₄ - коэффициент, учитывающий изменение осевого давления по зонам витков.

Удерживающий момент массы материала, увлекаемого во вращение данным витком шнека, равен сумме моментов срезаемых усилий: в плоскостях среза его цилиндрической поверхности вдоль корпуса шнека в пределах одного витка и в перпендикулярной к оси шнека плоскости сечения за последним витком (на выходе около мундштука), т. е.

(3.16)

где ₁ - предельное напряжение сдвига пластичного материала при данном противодавлении в плоскости цилиндрической поверхности среза; ₂ - предельное напряжение сдвига пластичного материала при данном противодавлении в плоскости перпендикулярного сечения около мундштука.

Приравнивая удерживающий момент крутящему моменту шнека, находят максимальное давление p_max развиваемое шнеком.

При отсутствии исчерпывающих данных о продукте крутящий момент на валу шнека и осевое усилие можно определить по выражениям:

(3.17)

(3.18)

где n - число рабочих шагов шнека.

Зная крутящий момент на валу шнека и осевое усилие, находят соответствующие им нормальное (на сжатие) и касательное напряжения:

(3.19)

(3.20)

где F - площадь поперечного сечения вала шнека, м²; W_p - полярный момент сопротивления поперечного сечения вала шнека, м³.

Эквивалентное напряжение по теории наибольших касательных напряжений определяют по формуле:

(3.21)

Последний виток шнека, выходящий в прессовую камеру, находится под действием максимального давления. Этот виток следует рассчитывать на прочность.

С небольшим допущением один виток можно уподобить кольцевой пластинке, защемленной по внутреннему контуру в теле вала шнека. В этом случае наибольший изгибающий момент в витке стального шнека будет на внутреннем контуре такой пластинки

(3.22)

где а = D/d - отношение диаметров, которое практически лежит в пределах от 1,8 до 3.

Наибольшее напряжение (оно же эквивалентное):

(3.23)

Шнеки могут выполняться литыми, точеными, сварными и паяными. В индивидуальном производстве чаще всею шнеки изготовляются сварными, причем винтовая поверхности (перо) шнека составляется из отдельных элементов - вырезанных и выгнутых разомкнутых колец.

Для изготовления шнека диаметром D с заданным диаметром вала d и шагом Н необходимо изготовить кольца с наружным диаметром D₀, внутренним диаметром d₀ и разомкнуть на угол выреза ₀ (рис.10).

Ширина кольца:

(3.24)

Длины дуг кольца можно выразить соответственно так:

(3.25)

После того как кольцо выгнуто и установлено на вал, эти дуги образуют винтовые линии: дуга 1 - по валу диаметром d, а дуга L - по цилиндру диаметром D. Развертки винтовых линий (гипотенузы шаговых треугольников) можно определить по выражениям:

(3.26)

Поскольку ширина винтовой поверхности шнека и ширина кольца должны быть одинаковыми и равными D - d = D₀ - d₀= 26, то, подставляя в это равенство значения d₀ и D₀ из предыдущих выражении, получим:

(3.27)

По углу ₀ и известным I и L определяются диаметры кольца- заготовки.

(3.28)

(3.29)

Длина шнека, на которой разрезанное, но без выреза кольцо образует винтовую поверхность, может быть определена по формуле:

Расчет и конструирование шнекового нагнетателя для тестоделительной машины производим со следующими исходными данными:

производительность шнекового устройства П = 65 заг/мин

(0,861 кг/сек);

максимальное давление р_max = 0,15 мН/м³;

коэффициент внутреннего трения продукта f = 0,3;

средняя плотность продукта р = 900 кг/м .

Наружный диаметр шнека D принимаем равным 0,15 м, шаг Н=0,12. При расчете следует учитывать ряд особенностей шнекового нагнетателя, который обычно работает непрерывно, а отбор отмеренных тестовых масс осуществляется периодически. Нагнетающий шнек имеет плоскую винтовую поверхность со средним углом подъема винтовой линии _ср.

Предельный диаметр вала шнека определяем по условию:

где tg = f - коэффициент трения.

Примем диаметр вала шнека равным 0,05 м (а=3).

Угол подъема винтовых линий на внешней стороне шнека и у вала по зависимостям (3.6;3.7)

Среднее значение угла подъема винтовых линий витка шнека по равенству (3.5):

Вспомогательные величины:

Коэффициент отставания частиц материала в осевом направлении по уравнению (3.2):

Изгибающий момент в витке шнека по внутреннему контуру т. е. у вала по выражению (3.22)

Витки шнека будут изготовляться из стали 10, для которой допустимое напряжение при изгибе можно принять равным допускаемому напряжению при растяжении, т.е. 130010⁵ Н/м² [7. прил. 6].

Тогда толщина витка шнека из формулы (3.23):

Принимаем = 5мм.

Площадь внутренней цилиндрической поверхности корпуса устройства на длине одного шага определяем по выражению (3.10):

Развертки винтовых линий по зависимостям (3.26):

Площадь поверхности витка шнека на длине одного шага по условию (3.11):

что удовлетворяет условиям работы шнека.

Крутящий момент при трех рабочих витках шнека по выражению (3.17):

Осевое усилие по выражению (3.18):

Зная крутящий момент на валу шнека и осевое усилие, находят соответствующие им нормальное и касательное напряжения по формулам (3.19;3.20):

Эквивалентное напряжение определяем по формуле (3.21):

и находим в пределах допускаемого напряжения для материала вала шнека (сталь Ст5).

Принимая коэффициент заполнения равным единице, из уравнения (9) получим:

Теперь определяем размеры заготовки витков и их число. Пусть длина шнека равна 60,12 = 0,72м.

Ширина витков по зависимости (3.24);

Угол выреза в кольце-заготовке по выражению (3.27):

Диаметры кольца - заготовки определяем по формулам (3.28;3.29):

При изготовлении кольца-заготовки без углового выреза оно расположится на длине шнека, определяемой по условию (3.30):

Количество колец-заготовок без углового выреза:

Практически нужно шесть колец-заготовок.

3.2 Кинематический и силовой расчёт привода тестоделительной машины

Определим мощность на приводном валу:

где F_t - окружное усилие (кН); F_t =3,1кH, V- окружная скорость (м/с); V = 0,8 м/с.

Определим КПД двигателя:

где _nn - КПД пары подшипников; _nn = 0,998, _зп - КПД зубчатой передачи; _зп = 0,98, _цп - КПД цепной передачи; _цп = 0,95, _м - КПД муфты; _м = 0,98. ржаной хлеб тестоделительный

Определим ориентировочное значение мощности двигателя:

Найдём частоту вращения приводного вала:

где D_б - диаметр приводного барабана; D_б = 400 мм.

Значит:

Определим ориентировочное значение передаточного отношения привода:

где и_ред - передаточное отношение редуктора; и_ред = 20, i_цп - передаточное число цепной передачи; i_цп - 2.

Тогда:

Рассчитаем ориентировочное значение частоты вращения вала двигателя:

Выбираем из ГОСТ 19523-81 двигатель трёхфазный асинхронный. Условное обозначение: 4АМ100S4У3. Частота вращения: n_дв =1435мин^-1, Мощность: P_дв = 3 кВт.

Определяем передаточное число привода:

Передаточное число редуктора:

Выполним разбивку передаточного числа редуктора между его ступенями

где и_б - передаточное отношение быстроходной (входной/косозубой) ступени редуктора. и_т - передаточное отношение тихоходной (выходной/прямозубой) ступени редуктора.

Следовательно и_б = 4,7; и_т = 4.

Условие и_ред =и_б -и_т = 4,7 * 4 = 18,8 выполняется.

Определяем частоты вращения валов привода.

Частота вращения входного вала: п_вх = п_дв = 1435 мин^-1.

Частота вращения промежуточного вала:

Частота вращения выходного вала:

Частота вращения приводного вала:

Определим крутящий момент на валах привода.

Крутящий момент на валу двигателя:

Крутящий момент на входном валу редуктора:

Крутящий момент на промежуточном валу редуктора:

Крутящий момент на выходном валу редуктора:

Крутящий момент на приводном валу:

Исходные данные для расчёта передач.

Быстроходная ступень редуктора:

Крутящий момент: Т₁ = Т_вх = 19,527 Н м;

Число оборотов: п₁ = п_вх = 1435мин^-1;

Передаточное отношение: и₁ = и_б = 4,7.

Тихоходная ступень редуктора:

Крутящий момент: Т₁ = Т_пр = 89,762 Нм;

Число оборотов: п₁ = п_пр = 305,319 мин^-1;

Передаточное отношение: и₁ = и_т = 4.

Цепная передача:

Мощность: Р₁ = P_{дв м м зп} = 30,998³ * 0,98* 0,98² = 2,807кВт

Число оборотов: п₁ = п_вых = 76,33мин~¹;

Передаточное число: i₁ =i_цп -2.

3.3 Расчёт цепной передачи тестоделительной машины

Определим шаг цепи:

где Т₁ - крутящий момент на выходном валу; Т₁ =351,163 Нм, - число рядов цепи; = 1, Z₁ - число зубьев ведущей звёздочки;

Z₁ = 29 - 2 1_цп = 29 - 4 = 25, р_ц - допускаемое давление в шарнирах роликовых цепей; р_ц = 34 Нмм [9, табл. 5.8];

к_э - коэффициент эксплуатации; к_э = к_д к_c к₉ к_pгs к_p,

где к_д - коэффициент динамичности нагрузки; к_д = 1 9, табл. 5.7],

к_c - коэффициент, зависящий от способа смазывания; к_c =1,5 [9, табл. 5.7],

к₉ - коэффициент, учитывающий наклон линии центров звёздочек к горизонту; k₉ = 1 [9, табл. 5.7], k_pes - коэффициент, учитывающий способ регулировки межосевого расстояния; k_pez = 1 [9, табл. 5.7], k_p - коэффициент режима работы; k_p=1,25 [9, таблица 5.7].

Значитk_э = 11,5111,25 = 1,875.

Тогда

По каталогу примем р = 25,4мм.

Определим число зубьев ведомой звёздочки:

Z₂ должно быть нечетное, тогда Z₂ = 51;

Условие Z₂ < 120 выполняется.

Найдём фактическое передаточное число i_ф и проверим его отклонение i от заданного i.

Отклонение не выходит за пределы нормы (4%).

Определим оптимальное межосевое расстояние:

Из условия долговечности цепи:

Тогда межосевое расстояние в шагах:

Вычислим число звеньев цепи:

Тогда, округляя до целого чётного числа, 1_р - 136мм.

Уточним межосевое расстояние а_р в шагах:

Определим фактическое межосевое расстояние:

Монтажное межосевое расстояние:

Определим длину цепи:

Определим диаметры звёздочек.

Диаметр делительной окружности:

Диаметры окружностей выступов:

где К - коэффициент высоты зуба; К=0,7; K_z - коэффициент числа зубьев;

геометрическая характеристика зацепления;

,(здесь d - диаметр ролика шарнира цепи [9, табл. К32]),

Тогда:

Диаметры окружностей впадин: (3.62), (3.63)

(3.61, 3.62)

Проверим частоту вращения меньшей звёздочки:

где п₁ - частота вращения тихоходного вала редуктора; п₁ =76,33 об /мин; [п₁ - допускаемая частота вращения;

Условие п₁ п₁; 76,33 590,551 выполнено.

Проверим число ударов цепи о зубья звёздочек.

,

- расчётное число ударов цепи;

- допускаемое число ударов.

Следовательно, условие U< [U]; 0,93520 выполняется.

Определим фактическую скорость цепи:

Найдём окружную силу, передаваемую цепью:

где Р₁ - мощность на ведущей звёздочке; Р₁ = 2,807 кВт.

Значит:

Поверим давление в шарнирах цепи.

где А - площадь проекции опорной поверхности шарнира; А = d Ь₃, где Ь₃ - ширина внутреннего звена цепи; Ь₃ = 15,88 мм [9, табл. К32].

А = 7,92 -15,88 = 125,77 лш.

Значение р_ц уточняем в соответствии с фактической скоростью:

Тогда:

Условие р_ц р_ц; 51,791 27,5 не выполняется.

Следует изменить шаг цепи и повторить расчёт. Примем шаг цепи по каталогу р = 38,1 мм.

Тогда оптимальное межосевое расстояние:

Фактическое межосевое расстояние:

Монтажное межосевое расстояние:

Длина цепи:

Диаметры:

Условие:

- выполнено.

Условие выполняется.

Проверим прочность цепи.

Расчётный коэффициент запаса прочности:

где F_p - разрушающая нагрузка цепи [9, табл. К32]; F_p=127000H., F₀ - предварительное натяжение цепи от провисания ведомой ветви;

где K_f - коэффициент провисания; K_f = 6, q - масса 1 м цепи [9, табл. КЗ2]; q = 5,5кг, g - ускорение свободного падения; g = 9,81м/с² . Значит

F_v - натяжение цепи от центробежных сил;

Тогда:

Проверим выполнение условия:

где [S] - допускаемый коэффициент запаса прочности для роликовых цепей; [S] = 7,75 [9, табл. 5.9].

Условие 43,401 7,75- выполнено.

Определим силу давления цепи на вал:

где k_в - коэффициент нагрузки вала; k_в = 1,15 [9, табл. 5.7].

Тогда

Расчёт подтверждает работоспособность данной цепи.

Заключение

В работе рассмотрена общая технология производства хлебобулочных изделий. Указана важность процесса тестоделения.

Предложенный делитель-укладчик со шнековым нагнетателем отличается простотой конструкции. Данный вид тестоделителя является наиболее приемлемым при изготовлении хлебобулочных изделий, т. к. может производить деление относительно жидкого теста. После проведенных расчетов сделан вывод о том, что необходимое усилие на шнек тестоделителя обеспечивается и это положительно влияет на стабильность работы оборудования. Произведены необходимые расчёты подтверждающие работоспособность данной конструкции.

Библиографический список

Ауэрман Л.Я. Технология хлебопекарного производства: Учебник для вузов/Л.Я. Ауэрман.-9-е изд., перераб. и доп. - СПб.: Профессия, 2002.-416 с.

Кострова А.И. Малое хлебопекарное производство: Основные особенности/ИЕ. Кострова.-СПб.:ГИОРД, 2001.-120 с.

Лисовенко А.Т. Технологическое оборудование хлебозаводов и пути его совершенствования.- М.: Легкая и пищ. пром-сть, 1982.- 208 с.

Михелев А.А. Справочник по хлебопекарному производству.- 2-е изд., перераб.-М: Пищевая пром-сть.-T.l: Оборудование и тепловое хозяйство,-1997.- 365с.

Хромеенков В.М. Технологическое оборудование хлебозаводов и макаронных фабрик: Учебник для вузов/В.М. Хромеенков.- СПб.:ГИОРД, 2002.- 496с.

Хромеенков В.М. Оборудование хлебопекарного производства: Учебник для нач. проф. образования/В .М. Хромеенков; Ин-т развития проф. образ.-М.: Академия: ИРПО, 2000.- 319с.

Цыганова Т.Б. Технология хлебопекарного производства: Учебник для нач. проф. образования/Т.Б. Цыганова.-М.: ПрофОбрИздат, 2001.-432с.

Чебатуркина Н.М. Оборудование для производства мучных кондитерских изделий: Справочник.-М.: Хлебпродинформ, 1998.-132с.

Шейнблит А. Е. курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие для техникумов. - М.: Высш. шк., 1991. - 432 с.

Размещено на Allbest.ru

...