Расчет куттера

 

 

        3. Технологические требования к процессу  куттирования

     3.1 Технологические требования к  процессу куттирования

     Новые типы современных куттеров являются высокопроизводительными машинами. На них перерабатывают сырье, не только предварительно измельченное на волчках, но и крупнокусковое, а также предварительно и окончательно измельчают и смешивают  сырье с компонентами.

     При измельчении сырья в куттере  процесс ведется в открытой чаше или под вакуумом. В первом случае возможна некоторая аэрация овощного фарша вследствие примешивания нему большого количества воздуха, что создает  благоприятные условия для протекания окислительных процессов. Куттерование под вакуумом позволяет получить фарш более высокого качества за счет улучшения его цвета, вкуса и  исключения образования крупных  пор и воздушных пустот. Вакуумная  среда предупреждает быстрые  окислительные реакции. Вакуумирование приводит также к уплотнению фарша. Гистологические исследования показали, что в o6pазцах, выработаных при  использовании вакуума, содержится меньше пор и воздушных пустот и более плотная компоновка мелкозернистой массы.

     Куттерование  является весьма интенсивным механическим процессом, вызывающим: физико-механические и химические изменения в фарше. Комплексное изучение куттерования позволило, установить основные характеристики процесса и продукта (длительность куттерования и влагосодержание), влияющие на качественные показатели 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 .

     В начальном периоде измельчения  размер частиц уменьшается незначительно. Добавленная в куттер вода перемешивается с частицами продукта, образуя  вокруг них толстые прослойки; предельное напряжение, сдвига в конце этого  периода имеет минимальное значение.

     В основном периоде происходит интенсивное  измельчение сырья, общая поверхность  частиц увеличивается, влага из свободной  переходит в поверхностно-связанную, образуется новая структура фарша. Предельное напряжение сдвига достигает  максимального значения. В дальнейшем имеет место некоторое «размолачивание» волокон, предельное напряжение сдвига уменьшается. Повышение температуры, увеличение степени диспергирования  и аэрирование фарша, одновременно происходят коллоидно-химические изменения.

       За оптимальную продолжительность  куттерования принята длительность  процесса, при которой все показатели  фарша и готовой продукции  достигают экстремальных значений. А.В. Горбатов сделал важный  практический вывод о том, что  оптимальная продолжительность  механического воздействия (куттерование  и др.) и оптимальный химический  состав сырья. соответствуют эталонным  условиям его обработки и позволяют  получить готовый высококачественный  продукт с эталонными значениями  структурно-механических свойств  и требуемыми технологическими  показателями. Это обеспечит наименьшие  затраты машинного времени. Эталонные  условия измельчения сырья являются  экономически наиболее целесообразными.

     Конструктивной  особенностью измельчающего механизма  современных куттеров является наличие  быстровращающегося ножевого устройства с комплектом серповидных ножей, которые могут быть с несколькими  режущими кромками. Форма ножей и  скорость их вращения существенно влияют на куттерование. При куттеровании ножами прямой и серповидной формы  с двумя режущими кромками при  частоте вращения ножевого вала 1500 мин-1 фарш имел лучшие реологические  и органолептические показатели. Энергетические затраты на куттерование прямым и серповидным с двумя  режущими кромками ножами на 10% ниже энергетических затрат на куттерование обычным серповидным  ножом. 
 

 

      3.2  Технические требования к конструкциям куттеров

    1. Все    сменные  части   машины  должны   легко насаживаться на рабочий вал и надежно на нем закрепляться.

    2 . Ножи       машины  должны  быть   надежно прикреплены к валу.

    3. Ножи подбираются по массе.  Допускается разность в массе  не более 3,5 г.

    4. Для  очистки  дискового  ножа  от  остатков  продукта   должны применяться только  деревянные скребки,  для очистки машины -  щетки.

    5.Ножи должны быть изготовлены из высококачественной пищевой нержавеющей стали .

    6. Качество куттерования во многом определяется остротой ножей, лезвия которых следует периодически затачивать. Если этого не делать, затупленные лезвия со временем начнут ухудшать качество фарша, уменьшать производительность машины и увеличивать процент отходов.

 

     

     4. Расчеты

     4.1 Технологический  расчет

     Производительность  куттера определяется зависимостью:

      , кг/ч                                                      (1)

где   α  - коэффициент загрузки чаши куттера;

     V - емкость чаши куттера, м3;

     ρ  - плотность вареных овощей

     t - время цикла куттирования, мин

     По  заданию вместимость чаши составляет 0,05 м³. Плотность вареных овощей 1000 кг/м³. Цикл работы машины составляет 5 мин. При коэффициенте загрузки чаши 0,5 производительность куттера составляет 150 кг/ч.  

     

Мощность  двигателя машины: 

     

     

  , кВт                                               (2) 

Где    A  - удельный расход энергии на перерезывание слоя фарша одним          

ножом за 1 оборот вала куттера Дж/м² (А=600Дж/м²;

     Z  - число ножей (Z=8) ;

     n  - частота вращения ножевого вала, об/мин (1500 об/мин);

     η  - К.П.Д. запаса мощности (η=1,35);

      - общий  К.П.Д. привода 0,85. 

     Площадь сечения слоя фарша в чаше: 

      ,                                                          (3)

Где   V - емкость чаши куттера, л;

     R  - расстояние от оси до центра тяжести фарша в куттере, м

     Объем фарша в чаше:

      , м³                                                    (4)

     Откуда:

                                                          , м

     Подставляя  полученное значение в формулу (3) получим:

     Подставим полученное значение в формулу (2):

     В соответствии с ГОСТ 19523-81 принимаем  ближайшее большее значение мощности электродвигателя куттера. По ГОСТ 19523-74(17) подбираем электродвигатель типа 4А100L2 мощностью 5,5 кВт. Номинальная частота вращения двигателя n=3000 об/мин.

     1- чаша

     2- вал

     3- нож

     4-гребенка

     

     Рисунок 2 –Расчетная схема куттера. 

        4.2 Кинематический  расчет

     Кинематическая  схема привода чаши, ножевого вала и выгружателя дана на рис. 3.

      

      Рисунок 3 – Кинематическая схема куттера

      1 - электродвигатели;

      2 - клиноременные передачи;

      3 - редукторы;

      4 - чаша;

      5 - тарелка выгружателя;

      6 - ножевая головка;

      7 - ножевой вал

     Ввиду того, что чаша, ножевой вал и  выгружатель имеют автономные электродвигатели, разобьем общую кинематическую схему на три участка и рассчитаем для каждого из них общее передаточное число.

     1. Привод чаши

     Для привода чаши принимаем электродвигатель типа 4А80В8 мощностью 0,55 кВт. Номинальная  частота вращения n=750 об/мин. 

     Общее передаточное отношение привода:

  

     Проведем  разбивку общего передаточного числа  по ступеням. По рекомендациям (16):

i₁=3 – для клиноременной передачи

i₂=27,7 – для червячной передачи

i= i₁∙ i₂=3∙27,7=83

     2. Привод ножевого вала

     Ножевой вал приводится в движение посредством  клиноременной передачи.

     Определяем  требуемую мощность электродвигателя:

      , кВт ,                                                      (5)

Где Nвых – расчетная мощность

       ηобщ – общий КПД привода

     По  ГОСТ 19523-74(17) подбираем электродвигатель типа 4А100L2 мощностью 5,5 кВт. Номинальная частота вращения двигателя n=3000 об/мин.

     Передаточное  отношение привода:

     

     3. Привод выгружателя

     Для работы тарельчатого выгружателя куттера  принимаем червячный редуктор. Для  привода выгружателя принимаем  электродвигатель типа 4А80В8 мощностью 0,55 кВт. Номинальная частота вращения n=750 об/мин. Частота вращения тарелки выгружателя 10 об/мин. Передаточное отношение:

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     4.3 Прочностной расчет клиноременной  передачи

     Ножевой вал приводится во вращение посредством  клиноременной передачи.

     Данные  для расчета:

Расчетная передаваемая мощность Р=5,5 кВт

Частота вращения ведущего шкива n=3000 об/мин

Передаточное  отношение i=n₂/n₁=1,932

     Диаметр меньшего шкива (мм) определяют по эмпирической формуле:

      , мм                                           (6)

где Т₁ - вращающий момент, Нмм, определяется по формуле:

      , Н∙мм                                             (7)