Масу завантажуваного продукту вираховують за формулою

 

m=V p_н×j₃ (1.13)

 

де V - об'єм робочої камери дискової або конусної овочеочисної машини, м³.

Кутову швидкість обертання робочого органу вираховують за формулою

 

(1.14)

 

де п - частота обертання робочого органу, хв^-1 (для дискових машин п =400...450 хв^-1, для конусних машин п =350...400 хв^-1).

Потужність, яка витрачається на підйом і переміщення бульби у дискових машинах, обчислити за формулою

 

(1.15)

Кількість хвиль на абразивній поверхні диска приймають z=3 шт. Максимальну висоту хвиль на диску приймають S=0,12 D.

K_np - коефіцієнт прослизання бульби відносно диска (залежно від виду абразивної поверхні значення K_np =0,4...0,7).

Для машин з конусним робочим органом значення N₂ обчислити за формулою

 

(1.16)

 

де К_n - коефіцієнт, який враховує кількість підкинутої бульби відносно її загальної кількості в робочій камері за один оберт робочого органу (прийняти К_n = 0,5...0,7).

Загальний коефіцієнт корисної дії машини визначити як добуток ККД усіх передач приводу, підшипників кочення (беруть з дод. 5).

 

(1.17)

2.2. Проектування машин і механізмів

для подрібнення овочів

 

Після отримання індивідуального завдання на проектування машини для нарізання овочів вибрати з таблиці відповідні вихідні дані для проведення розрахунків.

В розділі «Огляд літератури» слід проаналізувати особливості відповідних конструкцій машин вітчизняного та закордонного

виробництва, навести їх характеристики, проаналізувати форму та товщину нарізання, форму ножів, для нарізання яких продуктів призначені.

Огляд літератури упорядковують, використовуючи підручники, довідники, каталоги, оглядову інформацію.

При роботі над розділом «Основні теоретичні положення» слід вивчити і розглянути питання стосовно теорії різання овочів в машинах для нарізання овочів відповідної конструкції (дискової, роторної, комбінованої), сили, що діють на ніж, намалювати схему швидкостей і сил, що діють на робочий орган при обраному способі нарізання. При проектуванні машини слід віддавати перевагу ковзаючому способу нарізання.

Під час проектування овочерізальних машин необхідно визначити основні розміри камери та робочого органу, знайти потрібну потужність двигуна приводу і обрати його із серії 4А. (дод. 6).

2.2.1. Проектування овочерізки дискової з вертикальним

розміщенням опорного диска (типу УММ-10М, МС 10-160)

 

Дані для розрахунків наведено в табл. 2.

 

Таблиця 2

 

Вихідні дані для розрахунків

 

№ варіанта	Продукт	Товщина нарізування скибок, мм
	картопля сира
	буряк сирий
	морква сира
	капуста
	капуста

 

Під час розрахунків діаметр (табл. 4) диска і камери прийняти рівним подвоєній відстані від осі обертання до найбільш віддаленої точки леза обертального ножа, визначеного з формули

(2.1)

де Q - продуктивність овочерізки за сировиною, кг/год;

F- площа поперечного перерізу одночасно нарізуваних частин продукту, м²;

v - середня швидкість руху інструмента відносно продукту, м/с;

j - коефіцієнт використання робочої площі опорного диска (ср=0,1...0,2);

Р_н - насипна маса продукту, кг/м³ (беруть з дод. 7,8).

 

Площу F обраховують за формулою

(2.2)

де R, r - відповідно, максимальна і мінімальна відстань від осі обертання до меж робочої ділянки леза, розміщеного паралельно до площини опорного диска, м;

h - товщина відрізуваних частин продукту, м (задається в завданні);

y - коефіцієнт використання довжини робочої ділянки леза.

 

Середню швидкість руху інструмента

відносно продукту знайти з виразу

	(2.3)

де n - частота обертання опорного диска, хв^-1.

 

Для розрахунків слід вважати, що п дорівнює частоті обертання опорного диска машини-аналога; r = 0,02...0,03 м; R = r + D + 0,01;

j = 0,1...0,2; y=0,7...0,9.

Електродвигун приводу слід добирати, виходячи з потрібної потужності N_o (кВт), яка визначається за формулою

 

(2.4)

де N₁ - потужність, яка необхідна для розрізання продукту, Вт;

N₂ - потужність, яка необхідна для відгинання шару нарізаного продукту, Вт;

N₃ - потужність, яка необхідна для подолання сил тертя продукту по поверхні опорного диска, Вт;

h- ККД передаточних механізмів (дод. 5).

(2.5)

(2.6)

(2.7)

(2.8)

(2.9)

 

де g - питомий опір різання прямим лезом, Н/м (дод. 8);

а - кут заточки леза ріжучих інструментів;

¦ - коефіцієнт тертя об поверхню ножів або диска (дод. 8);

q - кут нахилу поверхні затискного клина до опорної межі леза;

Z_p - кількість ножів, що ріжуть одночасно;

b - коефіцієнт, який враховує вплив мікротріщин під час зсуву продукту;

m - коефіцієнт Пуассона;

Е - модуль пружності Юнга, Па (дод. 8).

Р₁, Р₂ - відповідно зусилля, що витрачаються на розрізання та відги­нання шару продукту.

Для проектованих овочерізок слід прийняти: a = 10...15°С; q= 25...35°С; b=0,10...0,15; m = 0,45...0,50.

2.2.2. Проектування овочерізки дискової з горизонтальним

розміщенням опорного диска (типу МОП ІІ-І, МРО-350).

 

І. Визначити геометричні параметри машини

 

Таблиця З

 

Вихідні дані для розрахунків

 

№ варіанта	Продукт	Товщина відрі­заних скибок продукту, мм	Спосіб утримання продукту	Крок розміщення зубців гребінки, м
	картопля сира		штовхачем	0,03
	морква сира		штовхачем	0,05
	буряк сирий		штовхачем	0,04
	капуста		штовхачем	0,06
	картопля сира		штовхачем	0,03

 

(3.1)

 

де Р_н - насипна маса продукту кг/м³ (дод. 7);

F - площа завантажувального отвору, м²;

v - швидкість просування продукту в напрямку, що перпендикулярний до поверхні диска, м/с;

j- коефіцієнт використання площі опорного диска (j =0,3...0,4).

 

При використанні круглих завантажувальних отворів (3.2)

 

(3.2)

де D - діаметр завантажувального отвору, м.

(3.3)

де h - товщина відрізуваних скибок продукту, м (задається в завданні);

Z_p - кількість ножів, що розміщено паралельно до поверхні опорного диска;

п - частота обертання опорного диска, хв^-1 (прийняти за кіль­кістю обертів машини-аналога).

 

II. Електродвигун приводу слід добирати, виходячи з потрібної потужності No (кВт), що визначається формулою

(3.4)

де N₁, N₂ - відповідно, потужність, яка необхідна для розрізання продукту ножами, розміщеними паралельно та перпендикулярно до площини опорного диска, Вт;

N₃ - потужність, яка необхідна для відгинання шару нарізаного продукту, Вт;

N₄, N₅ - відповідно, потужність, яка необхідна для подолання сил тертя продукту в опорній поверхні ножів, розміщених паралельно і перпендикулярно до площини опорного диска, Вт;

h - ККД передаточних механізмів (дод. 5);

 

(3.5)

(3.6)

(3.7)

(3.8)

(3.9)

(3.11)

(3.10)

(3.12)

де К_b - середній коефіцієнт ковзання леза (К_b =2,5...3,0);

Zp - кількість комплектів зубців гребінок, що ріжуть одночасно;

в - крок розміщення зубців гребінки, м (задається в табл. 3);

a, d - ширина і товщина зубців гребінки, м (a=0,003...0,005 м; d=0,0003...0,0005м).

(3.12)

Позначення нерозшифрованих символів аналогічні наведеним у п.2.2.1.

2.2.3. Проектування овочерізки

роторної типу МРО 400-1000

 

Дані для розрахунку взяти з табл. 4.

Таблиця 4

 

Вихідні дані для розрахунків

 

№ варіанта	Продукт	Товщина відрізування скибок або брусочків, мм
	капуста морква
	морква сира
	сира картопля
	сира буряк сирий
	капуста

 

У процесі проектування необхідно визначити основні розміри робочого органу - діаметр основи ротора D і висоту Н, прийнявши H=0,30...0,35D.

(4.1)

де Q, F, r_н - ті ж значення, що й у формулах (2.1, 2.2);

v - швидкість руху продукту відносно інструменту, м/с;

j - коефіцієнт, який характеризує частку робочого часу відрізання протягом одного оберту ротора (j =0,10...0,15).

У свою чергу,

(4.2)

де Н- висота камери, яка дорівнює довжині ріжучої частини робочого органу, м;

h- товщина відрізуваних скибочок або брусочків продукту, м;

y - коефіцієнт використання довжини робочої ділянки леза (y=0,3...0,4).

(4.3)

де D - діаметр ротора, м;

п - частота обертання ротора, хв^-1.

При проектуванні овочерізки прийняти п рівним частоті обертання ротора машини-аналога. Для визначення D треба розв`язати квадратне рівняння, яке одержане з виразу продуктивності (4.1) за підставлення F та v.

Електродвигун приводу необхідно добирати, виходячи з потрібної потужності N_o (кВт), яка визначається з виразу

(4.4)

де N₁, N₂ - відповідно, потужність, яка необхідна для розрізання продукту ножами, розмішеними паралельно та перпендикулярно до осі ротора, Вт;

N₃ - потужність, яка необхідна для відгинання нарізаного продукту, Вт;

N₄, N₅ - відповідно, потужність, яка необхідна для подолання сил тертя продукту об поверхню ножів, розміщених паралельно та перпендикулярно до осі обертання ротора, Вт;

h - ККД передаточного механізму клинопасової передачі (дод. 5)

 

(4.5)

(4.7)

(4.6)

(4.8)

(4.9)

(4.11)

(4.10)

 

(4.12)

де q - кут між лопастю ротора і стінкою камери (35...45⁰).

Нерозшифровані позначення символів аналогічні наведеним раніше.

2.2.4. Проектування овочерізки з комбінованим робочим

органом (типу МС 18-160, МРОВ-160)

 

Дані для розрахунку взяти з табл. 5.

У процесі проектування необхідно, у першу чергу, визначити основні розміри робочого органу - обертальною прямолінійного ножа. Для цього, прийнявши діаметр D завантажувального бункера як різницю між максимальною та мінімальною відстанню від осі обертання до крайніх точок робочої ділянки леза і висоту Н завантажувального бункера такою що дорівнює 1,5 його діаметра, необхідно визначити розміри ножа за формулою

(5.1)

 

де V_o - об'єм завантажувального бункера, м³;

j_з - коефіцієнт заповнення об'єму бункера (j_з = 0,8...0,9);

r_н - насипна маса продукту, кг/м³ (приймають за дод. 5);

t₃ - час завантажування порції продукту, с (приймають t₃= 8...12 с)

t_o - час обробки порції продукту, с.

(5.2)

 

де Н - висота завантажувального бункера, м;

п - частота обертання горизонтальних ножів, хв^-1;

h - товщина відрізуваних скибочок, м (задається в табл. 5).

Об'єм завантажувального бункера v_o розраховують за формулою

 

(5.3)

де D - діаметр завантажувального бункера, м.

Таблиця 5

 

 

Вихідні дані для розрахунків

 

№ варіа-нту	Продукт	Машина для нарізання овочів	Висота бункера, Н, мм	Товщина відрізаної скибки, мм	Мініма-льна відстань до початку леза, мм	Кут заточу-вання горизонтального ножа, град.	Крок отворів ножової решітки, мм	Ширина ножів решітки, мм
З індивіду-альним приводом	Змінний механізм
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	картопля варена	-	+
	морква варена	-	+
	буряк варений	+	-
	картопля варена	+	-
	буряк варений	-	+

 

Електродвигун приводу необхідно добирати, виходячи з потрібної потужності N_o (кВт), яка визначається за формулою

 

(5.4)

 

 

де N₁, N₂ - потужність, що необхідна для розрізання продукту лезами обертального ножа і ножової решітки, Вт;

N₃ - потужність, що необхідна для відгинання шару нарізаного продукту, Вт;

N₄, N₅ - потужність, що необхідна для подолання сил тертя продукту об поверхню ножа, що обертається, і ножової решітки, Вт;

h - ККД передаточних механізмів (конічного або черв'ячного редукторів (дод.5)

 

(5.5)

(5.6)

(5.7)

(5.8)

(5.10)

(5.9)

(5.11)

(5.12)

 

де g - питомий опір різання продукту, Н/м (дод. 8);

y - коефіцієнт використання леза ножів решітки за довжиною;

а, в - крок (ширина і довжина отворів ножової решітки, м;

D - діаметр завантажуваного бункера, м;

a - кут загострення ножа, що обертається, °;

¦ - коефіцієнт тертя продукту об поверхню ножів (за дод. 8);

Е - модуль пружності Юнга, Па (за дод. 8);

К_b - середній коефіцієнт ковзання леза (К_b=2,5...3,0);

d, h - товщина і ширина ножів решітки, м.

 

Товщина горизонтальних ножів приймається 1 мм, а верти­кальних (ножів у ножових гребінках) - 1 мм.

Позначення нерозшифрованих символів ідентичні показаним у завданні 2.2.1.-2.2.3.

Для проектованої овочерізки слід прийняти коефіцієнт y=0,5...0,7, діаметр бункера D =R-r.

2.3. Проектування машин і механізмів для протирання

продукту (типу МП-800, МОП ІІ-І, МРП-350)

 

У процесі проектування протиральної машини визначити основний розмір робочого органу, який характеризує продуктивність та діаметр протирального сита, для чого з виразу продуктивності знайти максимальну відстань від осі обертання до межі робочої ділянки лопасті

 

(6.1)

 

де Q - продуктивність протиральної машини за сировиною, кг/год;

R, r - максимальна і мінімальна відстань від осі обертання до межі робочої ділянки протиральних лопастей;

Z - кількість протиральних лопастей;

п - частота обертання лопастей, хв^-1;

y - коефіцієнт, який характеризує відношення ширини лопасті до її довжини;

e - коефіцієнт "живого" перерізу сита;

j- коефіцієнт використання робочої площі - проекції лопасті насито;

r_н - насипна маса продукту, кг/м³ (дод. 8);

К - коефіцієнт прослизання продукту по ситу;

a - кут нахилу лопасті до поверхні сита, °;

b - коефіцієнт зменшення продуктивності, який залежить від

фізико-хімічних якостей продукту.

 

Для розрахунків прийняти: радіуси меж робочої ділянки сита, які співпадають з R та r; r = 0,025...0,035 м; п прийняти за відповідні аналогам.

Крім того, вважати y = 0,25...0,35; e = 0,30...0,36; a = 0,25...0,30; К= 0,7...0,8; b= 5...7 (за обробки м'яса); a = 30⁰.

Значення R взяти за наближеним значенням дійсного кореня неповного кубічного рівняння типу

	(6.2)

Це рівняння розв'язати методом Кардано, при цьому одержати дійсне значення кореня:

 

(6.3)

 

(6.4)

 

де

Електродвигун приводу необхідно добрати, виходячи з потрібної потужності N_o (кВт), що визначається за формулою

	(6.5)

 

де n₁ - потужність, яка необхідна для розрізання продукту краями отворів, Вт;

n₂, n₃ -потужність, яка необхідна для подолання сил тертя об поверхні сита і протиральної лопатки, Вт;

h - ККД передаточних механізмів (дод. 5)

 

(6.6)

(6.7)

де d - діаметр отворів сита, м; d=0,003 м.

g - питомий опір різанню продукту, Н/м (дод. 8);

¦ - коефіцієнт тертя продукту об поверхню робочих органів (дод.8).

2.4. Проектування машин і механізмів для подрібнення м'яса

 

При проектуванні машини треба виконати огляд літератури за даним видом устаткування, звернувши особливу увагу на конструктивні особливості, кінематичні схеми, техніко-економічні показники, особливості роботи і експлуатації різних моделей вітчизняних та закордонних зразків.

При виконанні теоретичного розділу проекту слід попередньо вивчити теорію різання продукту, навести ескізи ножів, схеми швидкостей різання, з яких зробити висновок про перспективні способи різання. В розділі навести також основні теоретичні залежності, що описують роботу м'ясорубки.

2.4.1. Розрахунок ножових решіток м'ясорубки

 

Методика розрахунку геометричних параметрів робочих органів м`ясорубки (ножових решіток, ножів, шнека) така.

Для заданої теоретичної продуктивності Q прийняти діаметр ножових решіток D_рн, використовуючи найбільш доцільні співвідношення продуктивності та діаметра решіток: (при Q =25...50 кг/год - D_рн, =55...60 мм; при Q =50...150 кг/год - D_рн, =60...70 мм; при Q = 150...250 кг/год - D_рн, =70...80 мм; при Q =250...500 кг/год - D_рн, =80..,105 мм).

Виходячи з технологічних міркувань (вид продукту, ступінь його подрібнення), прийняти раціональні діаметри отворів ножових решіток d_о1, d_o2, взявши до уваги:

Ø для найбільш тонкого подрібнення продуктів використовують ножові решітки з діаметром отворів до 3 мм.

Ø максимальний діаметр отворів ножових решіток для одержання фаршевих виробів із м'яса, риби можна приймати не більше за 9 мм.

Вибираючи кількість ножових решіток (як правило, не більше двох) і діаметри їхніх отворів слід виходити з особливостей технологічного використання машини, зазначених у завданні;

Ø як завжди, для тонкого подрібнення використовують дві ножові решітки з діаметрами отворів 3,0 і 5,0 мм, 3,2 і 4,5 мм, 3,0 і 4,5 мм;

Ø для середнього ступеня подрібнення використовують дві ножові решітки з діаметрами отворів 4,5 і 6,0 мм, 5,0 і 9,0 мм. Для грубого подрібнення використовують одну ножову решітку з діаметром отворів 9,0 мм;

Ø для фаршевих виробів із м'яса яловичини, які містять підвищену кількість грубої з'єднувальної тканини, а також для паштетної маси, рекомендується тонке подрібнення (дві ножові решітки з діаметрами отворів 3,О... 5,0 мм);

Ø грубе подрібнення (одна ножова решітка з діаметрами отворів 6,0...9,0 мм) можна використовувати для подрібнення риби, шпику, високоякісного м'яса яловичини, свинини, баранини, які мають підвищені соковитість і ніжність;

Ø за інших випадків, зумовлених особливостями сировини, технології її переробки, припустимої якості одержаної продукції, можна використовувати середнє подрібнення (дві ножові решітки з діаметрами отворів 4,5...9,0 км).

Максимальний діаметр розміщення отворів у ножових решітках розрахувати залежно від їхнього діаметра d_рн, за формулою

 

(7.1)

 

де D_max - максимальний діаметр розміщення отворів у ножових решітках, мм.

 

Мінімальний діаметр розміщення отворів у ножових решітках D_min обчислити залежно від їхнього діаметра D_pн за формулою

 

 

де D_пш - діаметр пальця шнека, мм (визначається за міцністними розрахунками; орієнтовано можна прийняти діаметр пальця шнека для м`ясорубок з D_рн=55...80 мм – D_пш = 10...15 мм; для м'ясорубок з D_рн = 80...105 мм - D_пш =15...20 мм).

 

Діаметр центрального отвору в ножевій решітці залежить від конструкції обертального ножа. Якщо в його конструкції передбачено виступ на центральному кільці, який нанизується на палець шнека, то діаметр центрального отвору решітки повинен відповідати діаметру виступу ножа. У цьому випадку діаметр центрального отвору решітки можна орієнтовано розрахувати за формулою

 

деD_цо - діаметр центрального отвору в ножовій решітці, мм.

Якщо ножова решітка виконана без виступу його кільця, то діаметр центрального отвору решітки слід прийняти рівним діаметру пальця шнека (D_цо=D_пш).

Розраховуючи отвори ножових решіток, слід враховувати раціональні значення коефіцієнта використання площі ножових решіток К_вр, який показує відношення площ усіх отворів у решітці F _о до її загальної площі F_р.

 

(7.2)

де

 

Зважаючи також на конструктивні особливості ножових решіток (в основному, умови їхньої міцності та твердості), слід орієнтуватися на значення К_вр = 0,25...0,35 для решіток з діаметром отворів d_o ⁼ З...5 мм або К_вр= 0,35...0,45 для решіток з діаметром отворів d_о = 5...9 мм (для більших значень d_о слід пропорційно збільшити значення К_вр).

Обираючи К_вр, слід віддати перевагу його більшим значенням, оскільки збільшення К_вр збільшує питому продуктивність м'ясорубок (згідно з ГОСТ 7411-79, для ножових решіток К_вр ≥0,25).

Кількість отворів у ножовій решітці розраховують за формулою

 

(7.3)

де Z_о - кількість отворів у ножовій решітці, шт.

Розрахункове значення Z_о уточнити після ескізного розміщення отворів у зоні ножової решітки, що обмежена максимальним D_max і D_min діаметрами розміщення отворів, за визначеним порядком. Найбільш можливим є порядок розміщення отворів за трикутною схемою, коли сусідні отвори розміщено у вершинах рівнобедреного трикутника. Одержане після розміщення отворів значення Z_o уточнити в бік більшого або меншого, залежно від обраного значення К_вр (якщо в розрахунках обрано максимальне значення K_вр, то Z_o округлити у бік менших значень, і навпаки, за мінімальних значень K_вр кількість отворів прийняти більшою за розрахункове значення).

Після уточнення Z_o значення K_вр (уточнене за формулою 7.3) не повинне виходити за раціональні межі його значень, наведених раніше.

Товщину ножових решіток прийняти, виходячи із їхнього діаметра, кількості отворів та умов міцності та жорсткості (відсутність згинів під час роботи). Для решіток діаметром D_рн= 55...80 mm приймати товщину d_р= 4...6 мм; для D_рн = 80...105 mm d_р = 6...8 mm.

До структури робочих органів м'ясорубок, як правило, входить підрізна решітка (нерухомий підрізний ніж) для попереднього подрібнення продукту, що має три отвори, утворені зовнішнім, внутрішнім кільцями та трьома перетинками, що з`єднують їх. Перетинки розміщені під кутом 120°, вони мають односторонню заточку леза під кутом a = 40...50°. Ріжучий край леза перетинок розміщено під гострим кутом до радіуса решітки (для спрощення розрахунків прийняти кут g = 45° у точці, що знаходиться посередині ріжучого краю леза ). Геометричні параметри підрізної решітки визначити з урахуванням геометричних параметрів ножових решіток. Тобто, зовнішній діаметр підрізної решітки повинен відповідати зовнішньому діаметрові ножових решіток D_1пр= D_рн, а діаметр центрального отвору підрізної решітки - діаметрові центрального отвору ножової решітки D_ц.пр =D_цо.

Внутрішній діаметр зовнішнього кільця підрізної решітки розрахувати за формулою

	(7.4)

 

Зовнішній діаметр внутрішнього кільця підрізної решітки можна розрахувати за формулою

	(7.5)

 

Ширину перетинок розрахувати залежно від кута між ріжучим краєм перетинок і радіусом підрізної решітки за формулою

	(7.6)