Лабораторная работа № 6 испытания машин для измельчения мяса

Цель работы. Изучить принцип действия и устройство наибо­лее распространенных на предприятиях общественного питания мясорубок.

Основные сведения. Работу мясорубок характеризуют следую­щие основные показатели: производительность, удельный расход энергии при измельчении 1 кг продукта, коэффициент уплотне­ния, коэффициенты использования площади подрезной и ноже­вых решеток, давление продукта за последним витком шнека, его зависимость от усилия начальной затяжки режущих инструмен­тов, механический КПД машины.

Действительная производительность (кг/с) мясорубки

(6.1)

где т — масса перерабатываемой порции продукта, кг; Т— время обработки, с.

Теоретическая производительность (кг/с) мясорубки (исходя из пропускной способности решетки)

(6.2)

где F_o – суммарная площадь отверстий в первой ножевой решетке, ближайшей к шнеку, м²; v_о — скорость продвижения продукта через отверстия в первой ноже­вой решетке, м/с; ρ — насыпная масса продукта, кг/м³ (ρ = 1000... 1100 кг/м³); φ — коэффициент использования площади отверстий первой ножевой решетки (φ = 0,8../0,9).

Суммарная площадь (м²) отверстий в первой ножевой решетке

(6.3)

где d₀ — диаметр отверстия, м; z₀ — число отверстий в решетке, шт.

Скорость (м/с) продвижения продукта через отверстия в пер­вой ножевой решетке:

(6.4)

где n- частота вращения шнека, мин^-1; r_нар,r_вн- соответственно наружный и внутренний радиусы шнека, м ; β_П – угол подъёма последнего витка шнека, град;

К_В- коэффициент объёмной подачи продукта (К_В=0,35…0,4).

Далее определяют отношение длины рабочей камеры Ь_к от края загрузочного отверстия в корпусе мясорубки до плоско­сти установки подрезной решетки к внутреннему диаметру ка­меры D_к

(6.5)

Углы подъема первого β₁ и последнего β_п витков для наружного d_нар, среднего d_ср и внутреннего d_вн диаметров шнека определяют по формулам

(6.6)

где t- шаг винтовой нарезки, м; d- соответствующий диаметр шнека, м.

Коэффициент уплотнения

(6.7)

где t₁,t_П-шаг первого и последнего витков, м.

Площадь ножевой решетки (м²)

(6.8)

где d₀-диаметр решётки, м.

Коэффициент использования площади первой ножевой решетки

(6.9)

F_0.p1-суммарная площадь отверстий в первой ножевой решётке;

F_0.p1= F₀

Соответственно коэффициент использования площади второй ножевой решетки

(6.10)

F_0.p2-суммарная площадь отверстий во второй ножевой решётке, м²;

Площадь подрезной решетки F_п._р будет равна площади ноже­вой решетки F_р.

Площадь отверстий в подрезной решетке (м²) определяют по формуле

(6.11)

где r_max, r_min-максимальны (наружный) и минимальный (внутренний) радиусы отверстий подрезной решётки, м; b- ширина перемычки подрезной решётки, м;

l- длина лезвия подрезной решётки, м.

Коэффициент использования площади подрезной решетки

(6.12)

После этого сопоставляют К_р1, К_р2 и К_п.р.

Полезная мощность (Вт)

(6.13)

где N_общ –мощность электродвигателя при работе машины под нагрузкой, Вт; N_х.х-мощность электродвигателя при работе машины на холостом ходу, Вт.

Давление р_п продукта за последним витком шнека и теорети­ческую мощность определяют студенты, обучающиеся по специ­альности 170600 «Машины и аппараты пищевых производств».

Для определения теоретической мощности необходимо рассчи­тать давление продукта (Па) за последним витком шнека

(6.14)

где Р_ос-осевое усилие за последним витком, Н.

Теоретическая мощность (Вт)

(6.15)

где N₁-мощность, необходимая для разрезания продукта в режущем механизме,

N₂- мощность, необходимая для преодоления трения в режущем механизме,

N₃- мощность, необходимая для сил трения продукта о поверхность шнека и на продвижение продукта от загрузочного устройства до режущего инструмента, Вт;

η_М - КПД передаточного механизма (η_М=0,85)

Для мясорубки с подрезной решеткой, двумя двусторонними вращающимися ножами и двумя неподвижными ножевыми ре­шетками мощность, необходимая для разрезания продукта в режу­щем механизме (Вт),

(6.16)

где F_р- площадь ножевой решётки, м²; K_р1, K_р2-соответственно коэффициенты использования площади решёток с крупными и мелкими отверстиями; a-удельный расход энергии на перерезание продукта(a=(2,5…3,5)10³ Дж/м²); z- число лезвий у одного ножа, соприкасающихся с плоскостью решётки.

Мощность, необходимая для преодоления трения в режущем механизме (Вт),

(6.17)

где Р₃-усилие затяжки режущего механизма, Н( задается преподавателем или устанавливается с помощью измерительного устройства) Кроме того, Р₃ можно определить по формуле

(6.18)

где р*-усреднённое удельное давление на поверхности стыка ножей и решёток [р*=(2…3)10⁶Па]; b*-ширина площадки контакта лезвия ножа и решётки, м ;

r_max1, r_min1-соответственно максимальный (наружный) и минимальный (внутренний) радиусы вращающегося ножа, м; f-коэффициент трения скольжения ножа по решётке в присутствии измельчённого продукта (f=0.1); ψ-число плоскостей резания.

Мощность, необходимая для преодоления сил трения продукта о поверхность шнека и на продвижение продукта от загрузочного устройства до режущего инструмента (Вт),

, (6.19)

где

- давление за последним витком шнека ( );

- число витков шнека; - коэффициент трения продукта о шнек ( ); - средний шаг между витками шнека, который зависит от их среднего угла подъёма и , м. При этом или .

Теоретическую мощность можно рассчитывать на ЭВМ.

Удельный расход электроэнергии Р, передаточное отношение i и механический КПД машины η_м определяют по формулам (1.2.17), (1.2.19), (1.2.20).

Описание стенда. Экспериментальный стенд для определения эксплуатационных характеристик мясорубки состоит из серийно выпускаемой мясорубки наименьшей производительности, под­ключенной к источнику электроэнергии и контрольно-измери­тельным приборам, и измерительного устройства для определения осевого усилия.

Мясорубку (рис. 1.10, а) подсоединяют к приводу универсаль­ной кухонной машины и включают в электрическую сеть через магнитный пускатель.

Расход электроэнергии измеряют с помощью электрических приборов, а частоту вращения шнека — тахометром. Продукт взве­шивают на циферблатных весах, а продолжительность его обра­ботки определяют с помощью секундомера.

Осевое усилие за последним витком шнека находят по резуль­татам обработки измерений перемещения скобы динамометра в измерительном устройстве.

Принцип работы измерительного устройства заключается в восприятии перемещения режущего инструмента, вызванного давлением продукта за последним витком шнека, скобой динамо­метра. Измерительное устройство (см. рис. 1.10, а) состоит из ди­намометра марки ДОСМ-3-1 с индикаторной головкой и распор­ного устройства, выполненного в виде трехзвенной рамы, которое служит для передачи усилий режущих инструментов скобе дина­мометра.

Динамометр и распорное устройство жестко соединены с кор­пусом мясорубки тремя тягами и разъемным хомутом.

Рис.6.1. Схема экспериментальной установки для испытаний мясорубок типа ММ и принципиальная схема мясорубки:

а – схема определения эксплуатационных показателей работы мясорубки и измерения осевой силы: 1-опорная площадка мясорубки; 2-регулировочный винт; 3-динамометр; 4-индикаторная головка; 5-распорное устройство; 6-разъёмный хомут; 7-электрические приборы; 8-магнитный пускатель; 9-привод; 10-мясорубка; 11-тяги; 12-поддерживающая стойка с резьбой; б-принципиальная схема мясорубки: 1-рабочая камера; 2-шнек; 3-неподвижная подрезная решётка; 4-вращающиеся ножи; 5-неподвижная ножевая решётка; 6-упорное кольцо; 7-зажимная гайка; 8-рёбра; 9-загрузочная чаша.

Для создания определенного начального усилия затяжки режу­щих инструментов имеется регулировочный винт, упирающийся опорной площадкой в динамометр.

Центровка измерительного устройства осуществляется поддер­живающей стойкой с резьбой.

Методика проведения эксперимента. Работу начинают с изуче­ния устройства узлов и отдельных элементов мясорубок, которые находятся в лаборатории. Затем внимательно знакомятся с устрой­ством рабочего цилиндра, шнека, режущих инструментов и их ус­тановкой, передаточным механизмом, а также с креплением но­жей и решеток на палец шнека и мясорубки на корпусе индивиду­ального привода или привода универсальной кухонной машины. Описание мясорубок и принцип их работы изучают по учебнику, плакатам и другим наглядным средствам обучения. Принципиаль­ная схема мясорубки показана на рис. 1.10, б, а кинематические и принципиальные схемы мясорубок различных конструкций — на рис. 1.11.

Далее составляют кинематические схемы и приступают к опре­делению основных конструктивных параметров: рабочего цилинд­ра (заходности винтовых ребер, внутреннего диаметра рабочей ка­меры, ее длины от края загрузочного отверстия в корпусе мясо­рубки до плоскости установки подрезной решетки), шнека (заходности, наружного, среднего и внутреннего диаметров первого и последнего витков, их шага), режущих инструментов (внут­реннего и наружного радиусов отверстий подрезной решетки, длины и ширины лезвий вращающихся ножей, диаметра непод­вижных решеток и отверстий в них, шага между отверстиями, их расположения на ножевой решетке).

Рис.6.2. Кинематические и принципиальные схемы мясорубок:

I- 2ММ и 4ММ; II- 8ММ; III- МИМ-300; МИМ-600; IV-МИМ-500; 1-корпус; 2-мясорубка; 3-загрузочная чаша; 4-клиноременная передача; 5-электродвигатель; 6-цилиндрический редуктор.

К проведению экспериментальной части работы приступают с разрешения преподавателя.

Преподаватель называет тип мясорубки и вид продукта, харак­теризует набор режущих инструментов и сообщает об усилии на­чальной затяжки режущего инструмента. Измеряют конструктив­ные параметры разобранной мясорубки, вычерчивают эскизы подрезной решетки, вращающегося ножа и ножевой решетки с обозначением основных размеров и определяют коэффициенты К_р, К_п.р, К_у, К. Мясорубку собирают, устанавливают в корпусе универсальной кухонной машины, включают электродвигатель и тахометром измеряют частоту вращения шнека мясорубки. С по­мощью измерительного устройства определяют осевое усилие за последним витком шнека. При этом регулировочным винтом за­дают конкретное значение усилия затяжки, которое регистрирует­ся индикаторной головкой динамометра. Включают машину и измеряют мощность электродвигателя при работе ее на холостом ходу. Затем машину останавливают.

На циферблатных весах взвешивают четыре-пять равных пор­ций продукта, включают мясорубку и загружают в нее первую порцию. В процессе измельчения продукта регистрируют откло­нение стрелки на индикаторе. При этом по секундомеру измеряют продолжительность измельчения, а по ваттметру мощность двига­теля. Далее машину останавливают, задают другое усилие затяжки и опыт повторяют.

После окончания опыта детали режущего инструмента, шнек, корпус, загрузочное устройство, рабочую камеру тщательно очи­щают от остатков продукта, моют и просушивают.

Студенты, обучающиеся по специальности 271200, определяют показатели качества работы мясорубки.

Студенты, обучающиеся по специальности 170600, изучают ос­новные неисправности мясорубок в процессе их работы.

Обработка экспериментальных данных и составление отчета. При составлении отчета вычерчивают кинематические схемы изучае­мых мясорубок, выполняют расчеты по приведенным в работе формулам и записывают результаты опытов и расчетов в журнал наблюдений (табл. 1.4). После окончания работы необходимо сопоставить полученные опытные данные по производительности и мощности при различных начальных усилиях затяжки с паспорт­ными данными. Затем строят графики зависимости осевого уси­лия за последним витком и мощности от начального усилия за­тяжки и делают выводы.

1.4 Журнал наблюдений к лабораторной работе 6.

№ п/п	Показатель	Условное обозначение	Единица измерения	Данные
				опытные	расчётные
1	Число заходов винтовой нарезки камеры	z	м
2	Внутренний диаметр камеры		м
3	Длина рабочей камеры		м
4	Диаметр первого витка: наружный средний внутренний		м м м
5	Диаметр последнего витка: наружный средний внутренний		м м м
6	Шаг первого и последнего витков		м
7	Зазор между шнеком и внутренней поверхностью камеры		м
8	Число витков шнека		-
9	Длина лезвия подрезной решётки		м
10	Ширина лезвия подрезной решётки		м
11	Наружный (максимальный) и внутренний (минимальный) радиусы подрезной решётки		м
12	Диаметр решётки		м
13	Диаметр отверстий ножевых решёток		м
14	Число отверстий в решётках		шт
15	Радиусы вращающегося ножа: наружный (максимальный) внутренний (минимальный)		м м
16	Ширина площадки контакта лезвия ножа и решётки		м
17	Число плоскостей резания		шт
18	Масса порции продукта		кг
19	Время обработки		с
20	Усилие начальной затяжки режущего инструмента		Н
21	Отклонение стрелки на индикаторе при
22	Осевое усилие при		Н
23	Частота вращения: шнека вала электродвигателя
24	Мощность электродвигателя при работе мясорубки: на холостом ходу под нагрузкой при
25	Производительность: действительная теоретическая
26	Коэффициент уплотнения		-
27	Коэффициенты использования площади решёток: ножевых подрезной		- -
28	Мощность: полезная теоретическая
29	Давление за последним витком шнека
30	Удельный расход энергии
31	Передаточное отношение		-
32	Механический КПД машины		-

Контрольные вопросы и задания

1. Как классифицируют мясорубки?

2. Каково принципиальное уст­ройство мясорубки, ее режущих инструментов?

3. Как продвигается про­дукт в мясорубке и каким образом происходит его измельчение?

4. Какие параметры в мясорубках влияют на производительность и качество измельчения?

5. Каковы кинематические схемы мясорубок?

6. Объясните, каким способом резания измельчается продукт в мясорубках.

7. Назовите основные неисправности мясорубок, пути их устранения.

8. Как опреде­ляются действительная и теоретическая производительность и мощность?

9. Перечислите правила эксплуатации мясорубок.