Технологический расчет куттера Л5-ФКМ
|
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………
| |||||||||||
|
Введение
Предметом данной курсовой работы является процесс куттерования а также куттер Л5-ФКМ. Цель данной работы – детальное изучение теоретических основ процесса куттерования, областей его применения, существующего оборудования. Также необходимо рассмотреть конструкцию, принцип работы куттера Л5-ФКМ., провести технический расчёт исследуемой установки. Кроме того, следует рассмотреть вопросы техники безопасности и экологии применительно к установке Л5-ФКМ. Процесс тонкого измельчения мясного мягкого сырья и превращения его в однородную гомогенную массу, осуществляется в коллоидных мельницах и куттерах. Куттерование позволяет достичь размера частиц до 1 мм, что особенно важно при производстве варёных сортов колбас. В работе
идет сравнение куттера Л5-ФКМ
с другими куттерами, а также
производится технологический Необходимо рассмотреть вопросы, связанные с безопасностью его работы на производстве. | |||||||||||
18. КП.271300-05._______.ПЗ |
Лист | ||||||||||
4 | |||||||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | |||||||
|
1.АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ОБОРУДОВАНИЙ. К машинам для мелкого измельчения мясопродуктов относятся волчки, куттеры, ротационные мясорезки, центробежные измельчители, скорорезки, кавитационные измельчители, коллоидные мельницы, комбинированные машины. Общим для машин является использование в качестве рабочего органа быстро вращающихся ножей. Куттеры ФК-80Б и ФК-125 предназначены для тонкого измельчения фарша при производстве колбас. Двухскоростные шестиножевые куттеры с чашами ёмкостью 80 и 125 литров соответственно. Модель ФК-125 оснащена выгружателем. Куттер Л5-ФКМ предназначен для тонкого измельчения мяса при производстве полукопчёных, сырокопчёных, ливерных колбас, сосисок, сарделек, паштетов из мяса, рыбы и птицы. Двухскоростные шестиножевые куттеры Л5-ФКМ и Л5-ФКБ с чашами ёмкостью 125 и 250 литров достаточно известны. В настоящее время большое распространение получили вакуумные куттера. Достоинствами этих куттеров является, более лучшая консистенция фарша. К таким машинам относится куттер ВКМ-125. Куттеры применяют для тонкого измельчения и превращения мяса и некоторых мясопродуктов в довольно однородную гомогенную массу. Продукцию, загружаемую в куттеры, как правило, предварительно измельчают на волчках, хотя последние конструкции куттеров приспособлены для работы на сырье, измельченном перед посолом. Измельчение мясопродуктов в куттерах, протекающее при добавлении холодной воды, снега или дробленого льда, сопровождается заметным изменением механических и химических свойств обрабатываемой продукции (линейные размеры кусочков, определяемые по ситовому анализу, липкость, напряжение предельного сдвига и пр.). По роду работы куттеры могут быть периодического или непрерывного количества машин, а вместе с тем и
| |||||||||||
18. КП.271300-05._______.ПЗ |
Лист | ||||||||||
5 | |||||||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | |||||||
|
действия, причем для уменьшения дополнительных операций и повышения производительности труда предложен ряд машин, предназначенных для выполнения совмещенных или последовательно осуществляемых операций предварительного и окончательного измельчения, а также вымески и смешивания. Измельчение мяса в куттерах осуществляется при помощи быстро вращающихся серповидных ножей, устанавливаемых комплектно на одном или двух валах, причем эти ножи погружаются в продукцию, предварительно поданную в резервуар (чашу, барабан или желоб). Мясо измельчают в открытых чашах или под вакуумом. На рис. 1 изображена принципиальная схема устройства куттера периодического действия, состоящего из открытой приемной чаши 1, режущего механизма, включающего приводной вал 2, серповидные ножи 3, гребенку 4 и крышку 5, закрывающую рабочую зону машины.
Рис. 1. Принципиальная схема куттера периодического действия. | ||||||||||
18. КП.271300-05._______.ПЗ |
Лист | |||||||||
6 | ||||||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||||||
К крышке прикреплены скребки 6, располагающиеся как по внешней, так и по внутренней части слоя продукта и предназначенные для перелопачивания загруженной продукции и направления ее к режущему механизму. Число ножей в куттерах периодического действия от 2 до 9, режущих комплектов 1—4; в ротационных куттерах с вертикальными барабанами число ножей до 27 и в куттер-мешалках 4—8; число оборотов ножей 500—3000 в минуту, число оборотов чаши 2—20 в минуту. Подача продукции под ножи осуществляется путем вращения чаши или барабана, а также за счет работы шнеков. Объем единовременно загружаемой продукции составляет от 50 до 60% емкости чаши с вертикальной осью вращения, 20—25% от емкости барабана с горизонтальной осью вращения и 40—50% в куттер-мешалках. Продукцию загружают в резервуар вручную, по спуску, вагонеткой, специальными загрузочными приспособлениями. Выгрузка из куттеров осуществляется: вручную; при помощи разгрузочных тарелок, приводимых в действие от отдельного электродвигателя, от ножевого вала; путем опрокидывания чаши; спускающимся скребком через центральное отверстие в чаше, закрываемое поворотной пробкой. Выгрузка из ротационных куттеров осуществляется при помощи вдвижного скребка, из куттер-мешалок — при помощи шнеков через разгрузочный патрубок. Крышка чаши может быть плотно закрепленной на станине или откидной. Чтобы облегчить открывание крышки, ее снабжают противовесом или гидравлическим приспособлением.
На рис. 2 изображен наиболее распространенный куттер с механизированной разгрузкой при помощи тарелки, опускающейся в чашу и приводимой в действие от отдельного электродвигателя. Машина состоит из чаши 1, закрытой крышкой 2, прикрепленной к кольцу 3 станины. В средней части крышка снабжена откидным колпаком 4, закрывающим серповидные ножи, установленные на ножевом валу 5, | ||||||||||
18. КП.271300-05._______.ПЗ |
Лист | |||||||||
7 | ||||||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||||||
|
приводимом в действие электродвигателем 6. Вращение чаши 1 передается от ножевого вала 5 через клиноременную 7 и червячную 8 передачи и вертикальный вал 9. Рис. 2. Куттер с механизированной разгрузкой.
Фарш выгружают через борт чаши и лоток 10 при помощи вращающейся тарелки 11 и неподвижного скребка 12, которые опускаются вниз при нажиме на рукоятку 13. Электродвигатель 14 выгрузочного механизма автоматически включается и выключается кнопкой 15 при повороте плиты 16. Наиболее перспективным в настоящее время является использование вакуумных куттеров. Вакуумный куттер ВК-125 представляет собой (рис. 3) машину средней производительности, имеющую раздельные приводы чаши и ножевого вала. Он состоит из: 1 — станина; 2— чаша; 3—устройство выгрузки продукта; 4 — разгрузочный диск; 5 — устройство для подъема крышки; 6 — крышка; 7— пульт управления. Чаша вращается от электропривода переменного тока с двумя фиксированными скоростями. Для ножевого вала используют электропривод постоянного тока, позволяющий: |
18. КП.271300-05._______.ПЗ |
Лист | |||||
8 | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
|
уменьшить электропотребление за счет исключения пусковых перегрузок; в широком диапазоне бесступенчато регулировать режим измельчения в зависимости от технологических особенностей, качества и состояния измельчаемого сырья; равномерно в зависимости от рецептуры смешивать различные компоненты и специи без изменения структуры и консистенции фарша при вращении ножей в режиме перемешивания в обратную сторону (т. е. оно ведется на малой скорости тыльной стороной ножей). С помощью устройства перемещения чаши относительно ножевого вала сокращается время на смену ножей. Предусмотрена возможность регулирования зазора между ножами и чашей, что позволяет продлить срок службы ножей при их многократной переточке. Ножи выполнены по специальной технологии и по стойкости не уступают зарубежным аналогам. Система управления куттера обеспечивает ручной и полуавтоматический режимы. Доза воды подается автоматически во время куттерования без сброса вакуума. Информационно-вычислительная система с цифровой индикацией контролирует основные параметры на любой стадии приготовления фарша. Система обеспечения безопасности исключает выполнение команд, которые могут привести к поломке изделия и травме оператора. Основные детали куттера и облицовку изготавливают из нержавеющей стали, что обусловливает их долговечность, соответствие требованиям гигиены и технической эстетики. Рис. 3. Вакуумный куттер ВК-125 | ||||||
18. КП.271300-05._______.ПЗ |
Лист | |||||
9 | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
|
Куттеры последних конструкций имеют обтекаемую форму, закрыты кожухами, причем все передаточные механизмы смонтированы внутри корпуса машины. Куттеры снабжают двух- или трехскоростными электродвигателями, позволяющими в зависимости от условий работы производить измельчение мяса при разных режимах резания. Машины снабжают также приспособлениями для изменения числа оборотов чаши; приспособления бесступенчатого типа имеют диапазон регулирования от 0 до 20 об/мин, приспособления со ступенчатым регулятором позволяют работать на двух или трех скоростях. Некоторые модели куттеров для уменьшения их веса изготовляют с отлитым вместе со станиной корпусом электродвигателя.
| ||||||
18. КП.271300-05._______.ПЗ |
Лист | |||||
10 | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
|
2.ОПИСАНИЕ КУТТЕРА Л5-ФКМ Куттер Л5-ФКМ является мясорезательной машиной периодического действия, предназначен для окончательного тонкого измельчения мяса и приготовления фарша при производстве варено-копченых, полукопченых, сырокопченых, вареных, 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 190х 190x75 мм температурой не ниже -8 °С. Длительность процесса обработки фарша в куттерах периодического действия зависит от коэффициента загрузки чаши, расстояния между крайней точкой ножа и днищем чаши; числа ножей и скорости их вращения, рода сырья и назначения фарша. На чертеже 1 показана схема куттера Л5-ФКМ. 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. Вращение ножевого вала с ножами осуществляется электродвигателем через повышавшую клиноременную передачу. Чаша приводится во вращение двухскоростным двигателем. Для обеспечения безопасных условий работы, а также предотвращения выбрасывания приготавливаемого фарша зона работа ножей и часта чаши над ней закрывается сверху защитной крышкой. Загрузка измельчаемого продукта в чашу производится подъемными тележками. Подача мяса под ножи осуществляется вращением чаши. 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 — | ||||||
18. КП.271300-05._______.ПЗ |
Лист | |||||
11 | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
|
алюминиевая 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 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. Техническая характеристика куттера Л5-ФКМ Производительность, кг/ч …………………… 1200 Вместимость чаши, м3 ………………………… 0,125 Коэффициент загрузки чаши …………………. 0,4…0,6 Число ножей …………………………………… 6 Длительность цикла, мин ……………………... 3…5 Скорость резания ножей, м/с ………………… 65 | ||||||
18. КП.271300-05._______.ПЗ |
Лист | |||||
12 | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
Установленная мощность, кВт ……………….. 30,63 Занимаемая площадь, м2 ………………………. 5,5 Масса, кг ………………………………………. 2200 Габаритные размер, мм ……………………….. 3000 х 1850 х 1800 | ||||||
18. КП.271300-05._______.ПЗ |
Лист | |||||
13 | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
|
3.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КУТТЕРА Л5-ФКМРасчёт мощности куттера N = N1 + N2 + N3 N1 – мощность необходимая для куттерования сырья, кВт N1 =
Рассчитаем мощность необходимую для куттерования сырья. Т. К. при куттеровании в фарш добавляют воду, то коэффициент , должен учитывать добавление воды. Поэтому примем коэффициент = 2,3. Площадь сечения слоя фарша , для средних куттеров равна 0,2. Число ножей примем равным = 6. Частота вращения ножевого вала = 25 с-1. | ||||||
18. КП.271300-05._______.ПЗ |
Лист | |||||
14 | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
Коэффициент запаса мощности двигателя = 1,3. КПД привода ножевого вала = 0,9. N1 = = 27,685 кВт N2 = 1…3 кВт (в зависимости от вместимости чаши) N3 = 0,6…1,0 кВт; при окружной скорости ножей до 30 м/с N2 примем равным N2 = 2 кВт N3 примем равным N3 = 0,8 кВт N = 27,685 + 2 + 0,8 = 30,485 кВт. Рассчитаем объёмную производительность куттера периодического действия по формуле: М0 =
, где W — ёмкость чаши, м3 φ — коэффициент загрузки Тц — время рабочего цикла М0 = = 56,25 м3/ч Определим массовую (весовую) производительность куттера периодического действия по формуле: Мв = , ( 4 ) где ρ — плотность фарша, кг/м3. Мв = = 5,856×104 кг/ч Определим расход льда, добавляемого при куттеровании. При мелком и тонком измельчении мяса наибольшая честь энергия расходуется на преодоление пластических деформаций и трение, которое переходит в тепло. Если предположить, что 90% расхода энергии идет на нагревание фарша, теплоемкость которого С = 0,86 ккал/кг. град, то возможный нагрев фарша при
| ||||||
18. КП.271300-05._______.ПЗ |
Лист | |||||
15 | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
измельчении без добавления воды или льда Δt = 0,97·q ( 5 ) Δt = 7,76 °С Расход снега G , добавляемого для уменьшения Δt при допустимом нагреве Δt0, рассчитывается по формуле: G = Δq·Mв, Δq = , ( 7 ) Δq = 0,062 кг/кг где r — скрытая теплота плавления льда или таяния снега, ккал/кг G = 3631 кг/ч Определим время разгрузка чаши, если толщина слоя продукта на тарелке вагружателя составляет 30 мм. Время, необходимо для разгрузки чаши, определят по формуле: τр =
, с W0 =
, м3, W0 = 0,63 м3 Qср — средний расход фарша при выгрузке чаши, Qср = , м3/с ( 10 ) Vср — средняя линейная скорость фарша, м/с. Vср = , м/с ( 11 ) где RT — радиус тарелки выгружателя, м nT — число оборотов тарелки выгружателя в минуту, об/мин RT = 0,375 м nT = 10 об/мин Vср = 0,196 м/с
| ||||||
18. КП.271300-05._______.ПЗ |
Лист | |||||
16 | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
fср — средняя площадь поперчного сечения слоя фарша на тарелке выгружателя во время выгрузки фарша, м2 fср = ( 12 ) fср = 0,075 м2 Определим расход мощности на привод чаши: Nч = , кВт ( 13 ) Nч = 7,62 кВт Конструкция и геометрия ножа Прочность и эксплуатационные свойства режущих инструментов определяются:
— рациональными приемами технологической
обработки. В куттере Л5-ФКМ используются ножи серповидной формы. Все они, по существу, являются клиньями, в которых различают геометрические элементы, показанные на рис. 4 Опорная грань 1 — это плоскость, которой клин опирается о продукт и скользит по его массиву (еще не измельченной части). Рабочая или лицевая грань 2 — поверхность клина, составляющая острый угол с опорной гранью; по ней скользит и ею направляется отрезаемая от массива частица продукта.
| ||||||
18. КП.271300-05._______.ПЗ |
Лист | |||||
17 | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
рис. 4 Угол заточки ножа α — двугранный угол между опорной и рабочей гранями ножа. Лезвие 3 — режущая или рабочая кромка — теоретически — линия пересечения опорной и рабочей граней, в действительности — поверхность с очень малым радиусом кривизны r, сопрягающая опорную и рабочую грани, имеет по своей длине множество микрозубьев. Острота лезвия — удвоенный радиус кривизны поверхности реального лезвия p = 2r. Наряду с геометрическими параметрами ножа, решающее влияние на эффективность процесса резания оказывает его кинематика, определяемая скоростями точек лезвия. В общем случае скорость V любой точки лезвия относительно продукта переменна во времени и образует с лезвием острый угол, так что ее можно разложить на нормальную Vn и касательную Vt, к лезвию составляющие. Угол между скоростью V точки лезвия и нормалью к нему в этой точке называется углом скольжения лезвия β. Коэффициент скольжения | ||||||
18. КП.271300-05._______.ПЗ |
Лист | |||||
18 | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
При v = vn, когда vt = 0 и Kβ = 0, резание называют рубкой или резанием без скольжения, но правильнее — это ударная рубка, т. е. v = vn, — нормальное резание, а при v ≠ vn, — косое или наклонное резание. Когда v = vt, т. е. vn, = 0 и Kβ = ∞ — резания нет. Наклонное резание имеет перед нормальным большое преимущество, т. к. при нем значительно уменьшается нормальная к лезвию составляющая рабочего усилия на ноже, а это обусловливает меньшее смятие продукта и потерю им сока и пористости. Это объясняется действием нескольких факторов:
Особенно существенно при Kβ > 2 . Эффект кинематической трансформации угла заточки состоит в том, что при косом резании фактический или эффективный угол α* расклинивания продукта и отгибания частицы его от массива оказывается меньшим, чем конструктивный угол заточки ножа α. Поскольку тонко заточенный (т. е. с малым углом заострения) нож легче внедряется в материал, трансформация α в α* обеспечивает снижение нормальной составляющей силы на ноже и все перечисленные преимущества наклонного резания. Соотношение трансформированного
и конструктивного углов заточки определяется формулой
Г. Зеллергрена
Ножевая головка для куттера Л5-ФКМ состоит из 6 ножей против 4х ножей в традиционной головке. Ножи изготовлены из нержавеющей
стали 65Х13 (бритвенный класс стали), толщиной
3 мм. | ||||||
18. КП.271300-05._______.ПЗ |
Лист | |||||
19 | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
Общая толщина ножевой головки
составляет 3х6=18 мм против 6х4=24 мм в традиционной
головке. Расчет ножей на прочность При внедрении лезвия в слой материала на его режущей кромке и в гранях возникают усилия, которые вызывают разрушение и износ лезвия ножа (рис. 2). Режущая способность лезвия определяется не только углом его заточки а, но и остротой лезвия р = 2r (здесь r — радиус закругления лезвия). Быстрое изнашивание и затупление лезвия приводят к возрастанию энергоемкости процесса резания. Уменьшение режущей способности лезвия происходит также и за счет отламывания заточенной вершины лезвия в результате действия на нее изгибающих сил. Их рис. 5 неизбежно из-за отклонения реакции усилия резания от биссектрисы угла заточки лезвия и неоднородности материала. На рис. 5 показана схема сил, вызывающих разрушение лезвия. Расчётная схема резания ножа
При угле установки ножа γ реакция силы резания Р, приложенная к кромке лезвия, отклонена от биссектрисы угла заточки на угол Ψ = Сила резания Р разлагается на составляющие: нормальную Рn, направленную по биссектрисе угла | ||||||
18. КП.271300-05._______.ПЗ |
Лист | |||||
21 | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
Из геометрических расчётов следует, γ = 25°, α = 37°, тогда Pn = (14) Pn =2,099×103 · cos(43,5) = 1,522×103 н и перпендикулярную к ней Рк Pк = (15) Pк =2,099×103 · sin(43,5) = 1,05×103 н Под действием Рк лезвие изгибается. Величина изгибающего момента в некотором сечении х-х на расстоянии y равна МК= (16) Примем y равным 2 мм, тогда МК= 1,05×103 · 2×10-3 = 2,1 н·м Напряжение на изгиб в этом сечении
н/м2 где W — момент сопротивления лезвия; h — толщина лезвия в сечении х-х; b — длина лезвия. Из треугольника Осп . Тогда (19)
| ||||||
18. КП.271300-05._______.ПЗ |
Лист | |||||
22 | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
Отсюда расстояние у, определяющее место излома кончика лезвия (20) Где допускаемое напряжение на изгиб материала ножа. Из треугольника Oab (21)
м где r — радиус кривизны лезвия в месте излома. Учитывая, что острота лезвия p =2r, (22) м Тогда условие стойкости лезвия к изгибу при выбранной его геометрии
1,253×105 н/м2
| ||||||
18. КП.271300-05._______.ПЗ |
Лист | |||||
23 | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||