Разработать мясорубку для измельчения мяса и рыбы производительностью 250 кг/ч

На выходе из второй решетки  продукт имеет вид сплошного  потока в виде толстых нитей, состоящих  из слипшихся между собой частиц.

В  случае неплотного прижатия ножа к решетке наблюдается ухудшение качества отрезания и затаривание пленок и волокон в образующийся между ножом и решеткой зазор. Для устранения этого недостатка необходимо создать (за счет затягивания зажимной гайки) определенное усилие, обеспечивающее плотное прилегание вращающихся ножей к плоскостям решеток.

Режущий инструмент мясорубки  состоит из неподвижной подрезной  решетки 4, вращающихся крестовидных ножей 8 и неподвижных ножевых решеток 5 и 6 с разными диаметрами отверстий и зажимной гайки 7.

Неподвижная подрезная  решетка (рис. 6) состоит из внутреннего и наружного колец, соединенных тремя перемычками, заточенными с одной стороны. Режущая кромка перемычек расположена под острым углом к радиусу. Вращающиеся ножи имеют радиальные лезвия с одной или двумя режущими плоскостями (вращающиеся односторонний и двусторонний ножи). Ножи объединены в отдельные крестовины, каждая из которых имеет по 4 луча.

Неподвижные ножевые  решетки выполнены в виде дисков с круглыми отверстиями и являются парными режущими деталями с вращающимися ножами. В мясорубках, используемых на предприятиях общественного питания, режущий инструмент, как правило, комплектуется тремя ножевыми решетками с диаметрами отверстий 3,5 и 9 мм. Ручная мясорубка комплектуется двумя решетками с диаметрами отверстий 3,2 и 4,5 мм. Оси отверстий решеток перпендикулярны плоскости ножевой решетки (прямые отверстия).

Ножи и решетки надевают на стальной палец с параллельными лысками, ввинченный в передний торец шнека. Центральное отверстие ножа имеет ту же форму, что и наружный контур пальца шнека, благодаря чему вращение последнего передается ножу. Решетки надеваются на палец шнека свободно и удерживаются от проворачивания шпонкой, жестко закрепленной в корпусе мясорубки.

 

Рис. 6 Режущие инструменты мясорубок:   а - подрезной нож; б - вращающийся односторонний нож; в - вращающийся     двусторонний     нож;    г - ножевая решетка;   д - основной  набор;   е - набор  для  крупной рубки

Плотное прилегание рабочих  плоскостей ножей и решеток обеспечивается зажимной гайкой. Корпус мясорубки имеет специальное устройство, обеспечивающее его крепление с индивидуальным приводом или корпусом универсальной кухонной машины.

Мясорубки комплектуются  основным набором режущих инструментов для получения котлетной массы и набором режущих инструментов для получения крупной рубки (рис. 6)

В основной набор входят: подрезная решетка, два двусторонних ножа, две ножевые решетки с  отверстиями 9 и 3 или 9 и 5 мм и упорное  кольцо. В набор для крупной  рубки входят: подрезная решетка, один двусторонний нож, ножевая решетка с отверстиями 9 мм и два упорных кольца.

В процессе измельчения  необходимо обеспечить сохранение качества исходных продуктов. Это требование относится главным образом к сочным продуктам (сырое мясо, рыба), измельчение которых может вызывать потерю сока. Качество продукта улучшается, если проворачивание его относительно стенок рабочей камеры минимальное, а воздействие последнего витка шнека на продукт направлено преимущественно вдоль оси рабочей камеры. Для уменьшения проворачиваемости продукта на внутренней поверхности рабочей камеры делают канавки. Для уменьшения воздействия последнего витка шнека на продукт в плоскости режущих инструментов угол подъема его β_п выбирают небольшим (7 - 10°). Уменьшение β_п снижает количество проворачиваний продукта относительно рабочей камеры мясорубки.

На рис. 7  показана схема воздействия последнего витка  шнека на продукт. Поверхность последнего витка шнека воздействует на продукт следующим образом: в направлении, перпендикулярном к ней,— с силой нормального давления N, вдоль этой поверхности — с силой трения Т, причем Т = N∙f, где f — коэффициент трения продукта о последний виток.

Рис.  7 Схема воздействия  последнего витка шнека на продукт 

 

Их равнодействующую силу Р можно разложить на осевую силу Р_n, направленную параллельно оси рабочей камеры, и окружную силу Р_τ, направленную перпендикулярно Р_n. Осевая сила Р_n продвигает продукт через режущие инструменты, а сила Р_τ способствует проворачиванию продукта. Из рис. 7 можно получить соотношение между Р_г и Р_n.

,                                             (1.1)

где ρ — угол трения.

Из соотношения   видно, что   с  уменьшением   β_п   Р_г уменьшается и достигает минимального значения   при   β_п = 0. Однако при этом производительность мясорубки также равна нулю. Надо иметь в виду, что уменьшение β_п частично можно компенсировать увеличением частоты вращения  шнека. Количество  витков шнека оказывает существенное влияние на производительность. Чем длиннее шнек, тем меньше продукта вытесняется к загрузочному  устройству  и тем   выше  производительность  мясорубки. Объясняется это тем, что витки шнека   образуют   лабиринт,   препятствуя тем самым вытеснению продукта из   зоны    расположения    последнего витка   (из  зоны с повышенным  давлением)    к  загрузочному устройству. Длина  шнека   мясорубок  лежит  в  пределах   (2,5 - 3,8)D,  где D - наружный диаметр шнека.

Ножевые решетки выполняются  с максимально возможным использованием их площади под отверстия, а также с учетом требуемой степени измельчения и прочности. При этом шахматное расположение отверстий предпочтительнее расположения их по квадрату. Согласно ГОСТ 7411-79 коэффициент использования площади решеток K_р, равный отношению суммарной площади отверстий к площади решетки, установлен не менее 0,25.

Исходя из вышесказанного,  берем за основу мясорубку МИМ-105М, но с конструкторскими доработками. Она подходит нам по производительности, проста и надежна в эксплуатации. Описание устройства и работы мясорубки описано в пункте 1.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Расчетная часть

2.1 Технологический расчет

2.1.1Расчет скорости выхода фарша из решетки мясорубки

Производительность мясорубок определяют по формуле

Q = F_o∙v_o∙ρ∙φ                                                (2.1)

где F₀ — суммарная площадь отверстий в первой ножевой решетке, ближайшей к шнеку, м²:

                                           (2.2)

где d_o - диаметр одного отверстия, м;

       z₀ — количество отверстий ножевой решетки, шт.;

        v₀ — скорость продвижения продукта через отверстие первой ножевой решетки.

        ρ - плотность продукта, кг/м³ (ρ = 940 кг/м³);

        φ - коэффициент использования  площади отверстий первой ножевой  решетки, φ = 0,7- 0,8.

Так как нам известна производительность мясорубки, можем  найти и скорость выхода фарша из мясорубки.

Принимаем  d_o = 4 мм, z₀ = 50.

                 (2.3)

 

 

 

 

 

 

2.2  Конструктивные  расчеты

2.2.1 Расчет размеров рабочих инструментов и рабочей камеры.

Шнековые исполнительные устройства пищевых технологических  машин выполняют функции: 1) внутримашинного  и межмашинного транспортирования  продукции (в основном вязко-пластичной или сыпучей); 2) отпрессовывания из нее жидкой фазы; 3) нагнетания ее, т. е. подачи под давлением к другим целевым устройствам — резательным, дозирующим, формообразующим и т. п.

Шнековое устройство (рис. 8, а) состоит из корпуса 2 с приемным бункером 1 и шнека 3 (винта), приводимого во вращение от того или иного передаточного механизма. Шнек и винт — по существу одно и то же. Однако все же принято шнеком в узком смысле слова называть вал с приваренной к нему спиралеобразной лопастью, а винтом — цилиндр (конус) с выточенной или отлитой в нем спиралеобразной канавкой той или иной формы поперечного сечения между витками. В дальнейшем будем применять термин «шнек» в случаях.

Рис. 8 Схема устройства шнекового нагнетателя

 

Шнековое устройство является типичным представителем исполнительного устройства поточного действия, хотя и не всегда непрерывно-поточного действия. В некоторых дозаторах, например, шнек вращается периодически, с остановками.

Если шнек служит только для перемещения продукции, то корпус его — обычно желобчатый или цилиндрический — с открытым торцом. Нагнетающие и прессующие шнеки работают с противодавлением, которое создается на выходе продукта из корпуса суженным проходом через мундштук, сетку или другими элементами. Диапазон развиваемого  шнеками давления весьма велик: от нуля до десятков МПа, т. е. сотен атмосфер в макаронных и других прессах специального назначения. Шнеки могут выполняться с различной формой винтовой  спирали  и  различными  сечениями  винтовых канавок; с постоянным и переменным шагом; с постоянным и переменным диаметром.

В  общественном питании  применяются  шнеки  транспортирующие, нагнетающие (мясорубки),   отпрессовывающие  (сокоотжиматели,   развивающие небольшие  давления —до 0,5 МПа).

Основными достоинствами  шнековых устройств являются:  компактность, удобство расположения узлов загрузки и выгрузки, способность   обеспечить    непрерывно-поточный  технологический  процесс.

В качестве исходных данных при проектировании шнекового устройства, как правило, должны быть заданы следующие: 1) вид продуктового сырья, подлежащего обработке, и получаемого продукта; 2) характер технологического процесса:  транспортировку, дозирование, нагнетание без отвода или с отводом жидкой, твердой или той и другой фаз продуктового сырья; некоторые количественные  параметры процесса; 3) производительность устройства.

Целью проектного расчета  шнекового устройства является выбор  его основных геометрических и кинематических параметров в  зависимости от вида перерабатываемого продукта и в соответствии с характером процесса  и производительностью шнекового устройства. Расчет выполняют, используя экспериментальный материал,  накопленный в процессе эксплуатации шнековых устройств, в сочетании с теорией подобия и моделирования. Прежде всего уточняют требования технологического процесса: отсутствие (для транспортирующих шнеков) или наличие (для нагнетающих шнеков) противодавления; сочетание работы нагнетательного шнека с другими технологическими процессами (резанием в мясорубках, прессованием в соковыжималках) и др. Необходимые скорости вращения шнека определяют в соответствии с заданной производительностью и видом обрабатываемого материала. При вращении шнека вязкопластичный или сыпучий продукт вовлекается во вращение в связи с наличием внутреннего трения и трения между продуктом и поверхностью шнека. При этом угловая скорость вращения отдельных частиц и слоев продукта ω_пр непостоянна и меняется в пределах 0 ≤ ω_пр  ≤ ω , где ω — частота вращения шнека. Продукт продвигается вдоль шнека по межвитковой спирали, т. е. его осевое перемещение сочетается с вращением вокруг оси шнека с некоторой средней угловой скоростью, отличной от ω, за счет обратного проскальзывания по поверхности шнека и обратного перетекания через зазоры между витками шнека и стенками корпуса.

Для выбора оптимальных геометрических размеров шнека и оптимального режима работы шнекового устройства ряд авторов рекомендуют [3, 4] строить семейство расходно-напорных характеристик. После выбора основных конструктивных параметров шнекового устройства и на основе расчета его производительности определяют действующие на шнек усилия, уточняют его геометрические размеры и рассчитывают потребную мощность.

 

Рис. 9. К выбору конструктивных параметров шнекового нагнетателя

 

Основными геометрическими  параметрами шнекового устройства являются  (см. рис. 8—10): D — наружный диаметр шнека; d — диаметр вала шнека; δ — толщина витка шнека; Н — шаг витков шнека; α — угол подъема (наклона) винтовой линии шнека (для практических расчетов применяют угол подъема α = α_ср, отнесенный к среднему диаметру шнека); L — длина рабочей части шнека (несущая спиральная поверхность витков); z — число витков шнека; b — зазор между наружным диаметром шнека и внутренним диаметром его цилиндрического корпуса; е = 0,5 (D — d) — глубина винтовой канавки на диаметре; d, u — ширина винтовой канавки шнека по его наружному диаметру D.

Для литых нагнетающих  шнеков характерным является изменение  размеров винтового канала по длине шнека. Так, в шнеках мясорубок переменной по длине шнека является ширина винтовых канавок  u, в шнеках сокоотжимателей — глубина винтовых канавок е. Могут изменяться подлине шнека одновременно оба этих параметра. В нагнетающих шнеках степень сжатия продукта в винтовых канавках может условно характеризоваться отношением объема межвиткового пространства первой V₁ и последней V_z  по длине шнека винтовых канавок, именуемым коэффициентом сжатия продукта К_сж = V₁/ V_z.

 

Рис. 10. Схема к определению производительности   шнекового   устройства   мясорубки

 

Рассмотрим движение частицы  М  вязкопластичного  продукта вдоль винтовой спирали шнека, которую развернем по прямой линии.  На рис. 7.12,б  прямая AM = πD представляет собой развертку окружности с наружным  диаметром шнека D, πd — развертку окружности с диаметром вала d,  АВ — развертку   винтовой   линии спирали с диаметром D; Н — шаг между витками по наружному диаметру D; α_D  и  α_d — углы подъема винтовых линий спиральной поверхности шнека с диаметрами D и d.

При  отсутствии   трения между   спиральной   поверхностью шнека, развернутой  по прямой АВ, и частицей М последняя перемещалась бы перпендикулярно к развертке АВ по линии ММ₁. При наличии указанного  трения частица М будет перемещаться под углом трения ρ к нормали ММ₁ и за один оборот шнека окажется не в точке M₁ а в точке М₂, пройдя в осевом направлении путь h (а по развертке окружности — S),