Вопросы повышения производительности волчков для среднего измельчения мясного сырья Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Известия ТулГУ. Технические науки. 2018. Вып. 11 УДК 621.979; 621.9

ВОПРОСЫ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВОЛЧКОВ ДЛЯ СРЕДНЕГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МЯСНОГО СЫРЬЯ

Е.И. Артёмова, Е.В. Пантюхина, К.С. Осипова

Рассматриваются вопросы повышения производительности и обеспечения прочности волчков для среднего измельчения мясного сырья в производстве колбасных изделий.

Ключевые слова: волчок, измельчение мясного сырья, среднее измельчение, производительность.

Мясная отрасль занимает 25,5% пищевой промышленности и включает в себя производство колбасных изделий, мясных консервов и полуфабрикатов. Самую большую долю этой отрасли занимает производство различных видов колбасных изделий [1].

Анализ технологии производства колбасных изделий показал, что среднему измельчению подвергаются все виды колбасных изделий. Среднее измельчение представляет собой процесс уменьшения размеров частиц до степени / = 5... 25мм. Среднее измельчение может реализовываться в волчках и шпигорезках с соответствующей настройкой рабочих органов, однако для измельчения мясного сырья в колбасном производстве гораздо чаще используют волчки [2].

Волчки работают по одному принципу и состоят из следующих основных элементов: питающего (бункер и шнеки) и режущего (приемная, промежуточная и выходная решетки и ножи) механизмов, привода, станины, электродвигателя, редуктора и площадки для санитарной обработки. Мясное сырье загружается в бункер и шнеком направляется в зону режущего механизма, где сырье измельчается до заданной степени [3].

Основными показателями волчка являются производительность, мощность и коэффициент, характеризующий отношение производительности к потребляемой мощности.

Производительность волчка (кг/ч) определяется по выражению

г\

(отв -к ( В + (Г

П = 60 - п --тотв

4 отв

к-

2

tga ^p^ к , (1)

V ;

где п - частота вращения шнека; (отв - диаметр отверстий выходной решетки; тотв - количество отверстий в выходной решетке; В - диаметр шнека и решеток; ( - диаметр вала шнека; а - средний угол подъема

витков шнека (а = 15°); р - плотность мясного сырья; к - коэффициент проворачивания продукта вместе со шнеком (принимают равным к = 0,6).

Анализ выражения (1) показал, что на производительность волчка влияют его конструктивные (диаметр и количество отверстий в выходной решетке, диаметр шнека и решеток, диаметр вала шнека), кинематические параметры (частота вращения шнека), а также параметры измельчаемого в волчке мясного сырья (плотность). При этом чем больше значения указанных параметров волчка, тем выше его производительность. Однако увеличение размеров волчка может привести к разрушению вала шнека. Чтобы этого избежать выполним проверочный расчет вала на прочность.

На рис. 1 представлена расчетная схема основных параметров волчка.

Рис. 1. Расчетная схема основных параметров волчка: 1 - отверстия выходной решетки; 2 - ножи (4 шт.); 3 - вал шнека;

4 - корпус волчка

При увеличении диаметра шнека диаметры решеток (приемной, промежуточной, выходной) увеличиваются одновременно со шнеком, диаметр корпуса шнека увеличивается на величину А1 (принимаем А1 = 2,3 мм), диаметр ножей увеличивается на величину Вк - А2, где зазор между ножами и корпусом

— + А1 - —н Л 2 Л V 2 Л

диаметр же отверстий решеток не меняется, но увеличивается их количество. Учитывая, что заполняемость отверстиями выходной решетки волчка

613

А 2 =

является постоянной величиной, вычислим коэффициент заполнения / решетки отверстиями для всех конструкций волчков, измельчающих мясное сырье

о 2

! = т . отв ' "'отв 9 '

5 р 2

где 5отв, 5р - площади отверстий в выходной решетке и выходной решетки соответственно.

Выразив площади выходной решетки и отверстий в ней через их диаметры и выполнив преобразования, получаем выражение для определения коэффициента заполнения

2

й,

/ = т

отв /ол

отв _ 2 ' ^ '

Б

подставив в которое параметры известной конструкции волчка, вычисляем величину коэффициента заполнения / = 0,244.

Тогда количество отверстий в выходной решетке будет определяться по выражению

Б 2

тоТв = 0,244---, (3)

"отв

учитывающему увеличение диаметров шнека и решетки.

Для того чтобы вал шнека волчка выдержал нагрузку, должно выполняться условие

5экв £[§пред], (4)

где 5экв - эквивалентное напряжение; [5пред ] - допускаемое напряжение

вала шнека при изгибе (для стали [8пред ] = 180 • 106 Па). Прочность вала оценивается по формуле

^2 2

5ст +4 ^ , (5)

где 5 ст - нормальное напряжение вала шнека; х - касательное напряжение вала шнека.

Нормальное напряжение вала шнека определим по выражению

5 ст = —, (6)

ь

2

где Ь - площадь поперечного сечения вала шнека (Ь = 0,25р й ); 5 -осевое усиление, определяемое по выражению

5 = 0,392•я •(б2 -й2)• Ртах, (7)

в котором Ртах - максимальное давление, развиваемое шнековым нагнетателем (Ртах = 190 • 103 Па).

Касательное напряжение вала

М кп

т = -^, (8)

где Мкр - крутящий момент при пяти рабочих витках шнека; Жр - полярный момент сопротивления поперечного сечения вала шнека волчка

(Жр = 0,1 • й3).

Крутящий момент определим по выражению

МКр = 0,313 • с • Ртах • (л3 - й3 )• tgaср, (9)

где с - количество витков шнека (с = 5); аср - среднее значение угла

подъема винтовой линии витка шнека, определяемое по выражению

а ср = 0,5 •(а 0 +а ё), (10)

в котором а^, а^ - углы подъема винтовой линии на внешней и внутренней стороне шнека соответственно

а ^ = аг^

Н

V В).

а ^ = аг^

Н

(р- й)

(11)

Н - шаг шнека (Н = 0,8 • В).

В среде МаШсаё 15 построим графики зависимости производительности волчка для измельчения различных видов мясного сырья (говядина Р1 = 1130 кг/м3, свинина р 2 = 1070 кг/м3, курица Р3 = 1020 кг/м3) от его диаметра в диапазоне В = 0,160..0,250м. Исходными данными являются параметры: частота вращения шнека п = 285 об./мин, диаметр отверстий выходной решетки йотв = 0,005м, диаметр вала шнека й = 0,055 м.

На рис. 2 представлены графики зависимости производительности волчка от диаметра шнека и решеток при различных значениях плотности измельчаемого мясного сырья. На графиках также показано допускаемое напряжение шнека при изгибе, полученное для приведенных выше параметров волчка по выражениям (4) - (11).

Графики показывают, что для мясного сырья из говядины предельным допускаемым значением диаметра является [В^] = 0,185 м. Для обеспечения безопасной работы при измельчении указанного вида мясного сырья рекомендуется принимать значение диаметра шнека на 10...20% меньше допускаемого значения, то есть В^ек = 0,160...0,167 м. При измельчении мясного сырья из свинины получаем предельно допускаемое значение диаметра шнека и решеток [В2 ] = 0,188 м, тогда рекомендуемое значение принимаем в интервале В2рек = 0,160...0,169 м. Если измельчать куриное сырье, то [В3 ] = 0,192 м, тогда В3рек = 0,160...0,173 м.

П,

кг/ч

7300

6600

5900

5200

4500

-------- -------- У у 1 ' 1 ' 1 - -

У / у' / / / / к/ : 1 X 1 1 X | | 1 1 1

у У У у' У у' X У у' У / / с 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 I 1 1 1 1 1 1

/ У У X / У у/ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

XуУ 1 1 1 1 1 1 ¡ДА] №1; ДА]

МПа

~ [бпред] 160

120

80

40

0,160

0,168

0,176

0,184

0,192

А м

Рис. 2. График зависимости производительности волчка от диаметра шнека и решеток при различных значениях плотности мясного сырья: 1 - говядина (-----); 2 - свинина (- • - ♦ -); 3 - курица(-)

Таким образом, в работе выбраны оптимальные параметры работы волчка, способствующие повышению его производительности на 11% при измельчении говядины, на 15% при измельчении свинины, на 19% при измельчении курицы и обеспечивающие выполнение условия прочности вала шнека.

Список литературы

1. Артёмова Е.И. Анализ процесса измельчения мясного сырья при производстве вареных колбас высшего сорта // Молодёжный вестник Политехнического института: сб. статей. Тула 2018. С 130-132.

2. Курочкин А.А., Ляшенко В.В. Технологическое оборудование для переработки продукции животноводства/ под ред. Баутина В.М. М.: Колос, 2001. 440 с.

3. Артёмова Е.И. Вопросы измельчения мясного сырья в волчках непрерывного действия // Материалы Международной (заочной) научно-практической конференции / под общ. ред. А.И. Вострецова. Кишенев: Еёйига «Ысеи1», Нефтекамск: РИО НИЦ «Мир науки», 2018. С. 12 -15.

Артёмова Екатерина Игоревна, магистрант, kat. art1 @mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Пантюхина Елена Викторовна, канд. техн. наук, доцент, elen-davidova@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Осипова Ксения Сергеевна, магистрант, ksjunja-pershina@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

ISSUES IMPROVE PERFORMANCE SPINNING TOP FOR SECONDARY GRINDING OF RA W MEA T

E.I. Artyomova, E. V. Pantyukhina, K.S. Osipovа

The issues of increasing productivity and ensuring the strength of the tops for the average grinding of meat raw materials in the production of sausages are considered.

Key words: top, grinding of meat raw materials, average grinding, productivity.

Artyomova Ekaterina Igorevna, masters, kat. art1 @,mail. ru, Russia, Tula, Tula state university,

Pantyukhina Elena Viktorovш, candidate of technical science, docent, elen-davidova@,mail. ru, Russia, Tula, Tula state university,

Osipova Ksenia Sergeevna, masters, ksjunja-pershina@rambler.ru, Russia, Tula, Tula state university

УДК 621.798; 664

ОСОБЕННОСТИ И ОСНОВНЫЕ ВИДЫ УПАКОВКИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ЗАМОРОЖЕННЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ

К.С. Осипова, И.Б. Давыдов, Е.В. Пантюхина

Рассматриваются классификация замороженных полуфабрикатов, особенности, основные виды и показатели качества их упаковки, основные типы и свойства упаковочных материалов пищевой промышленности.

Ключевые слова: замороженные полуфабрикаты, упаковка групповых пищевых продуктов, упаковочные материалы замороженных полуфабрикатов.

В настоящее время широким спросом у потребителя пользуются замороженные полуфабрикаты, отличающиеся простотой и быстротой приготовления, а также сравнительно невысокой стоимостью [1].

Все полуфабрикаты делят на группы в зависимости от исходного сырья, способа обработки и предназначения.

617