Лабораторная работа № 7 испытание овощерезательной машины для нарезки сырых овощей

Цель работы. Изучить конструкцию и принцип действия ма­шин для нарезки сырых овощей, ознакомиться с формами нарез­ки овощей на различных типах машин, определить способы реза­ния (рубящее, скользящее) овощей в зависимости от формы и рас­положения рабочих инструментов, освоить приемы удержания продукта при его нарезке, научиться составлять кинематические и принципиальные схемы, провести измерения отдельных конст­руктивных и кинематических параметров и экспериментально оп­ределить основные эксплуатационные показатели, а также пока­зателей качества овощерезательных машин.

Основные сведения. Основной показатель, определяющий рабо­ту овощерезательных машин, — качество нарезанного продукта.

Качество нарезанного продукта (%) можно оценить по числу неполноценных частиц (крошек, деформированных ломтиков, брусочков):

(1.3.1)

где т — масса загружаемой порции продукта, кг; т₁ – масса неполноценных частиц при соответствующей форме нарезки, кг.

Неполноценными считают ломтики или брусочки, имеющие неправильную форму, причем предельные отклонения частиц продукта, нарезанного на дисковых и комбинированных овощерезательных машинах, не должны превышать 0,3 соответствую­щего номинального размера, а доля суммарной массы крошки — 15 % при нарезке ломтиками, 30 % при нарезке брусочками раз­мерами 10x10 мм и 36% при нарезке кубиками размерами 10 х 10x10 мм. Глубина трещин не должна превышать 0,5 тол­щины (ГОСТ 8903-72).

Действительная производительность (кг/с) овощерезательных машин

(1.3.2)

где т — масса загружаемой порции продукта, кг; Т— время нарезки порции про­дукта, с.

Теоретическая производительность (кг/с) дисковой овощерезательной машины

(1.3.3)

где ρ — насыпная масса продукта, кг/м³ (для овощей см. работу 1.2); φ — коэф­фициент использования рабочей площади опорного диска. Для овощерезатель­ных машин с заклинивающим устройством в виде винтовой лопасти при верти­кальном расположении опорного диска φ = 0,1...0,2, при горизонтальном рас­положении опорного диска φ = 0,2...0,3; для овощерезательных машин МРО50-200 φ = 0,3…0,4; v_оп — средняя скорость продвижения обрабатываемого продукта через зазор между лезвиями ножей и опорным диском, м/с.

Рабочая площадь опорного диска в общем виде (м²)

(1.3.4)

где r_max, r_min — максимальное и минимальное расстояния от центра диска до конца и начала лезвий ножей, м.

Для овощерезательных машин типа МРО50-200, МРО400-1000 (дисковое приспособление), МПР-350, «Гамма» и др. рабочая площадь опорного диска (м²)

(1.3.5)

где D_o — диаметр загрузочного отверстия, м.

(1.3.6)

где h — толщина отрезаемых ломтиков, м; z_p — число рабочих ножей, параллель­ных плоскости опорного диска, шт.; n —частота вращения ножей, мин^-1.

Угол заклинивания (рад)

(1.3.7)

где d — диаметр клубня картофеля, мм; h — толщина отрезанного ломтика, мм.

Полезную мощность (Вт) электродвигателя овощерезательных машин рассчитывают по формуле

(1.3.8)

где N_общ — мощность электродвигателя при работе машины под нагрузкой, Вт; N_{х. х} — мощность при работе машины на холостом ходу, Вт.

Удельное сопротивление продукта резанию q_в и теоретическую мощность N_т определяют студенты, обучающиеся по специально­сти 1706.02.

Чтобы найти теоретическую мощность, необходимо рассчитать удельное сопротивление продукта резанию (Н/м)

(1.3.9)

где Q* — усилие перерезания продукта, Н; L — длина нарезаемого образца, м.

Усилие перерезания продукта (Н)

(1.3.10)

где Р* — вес груза вместе с чашей, при котором нож врезается в образец, Н; l₁ — расстояние между осью поворота ножа и нитью, на которой подвешен груз, м; l₂ — расстояние между осью поворота ножа и серединой образца, м.

Теоретическую мощность (Вт) для дисковых овощерезательных машин, нарезающих продукт ломтиками, можно определить по формуле

(1.3.11)

где ω —угловая скорость вращения ножей, рад/с; Р_ин — проекция результирую­щего усилия на плоскость, параллельную опорной грани ножа режущего инстру­мента, Н; r_ср —средний радиус ножа, м;

(1.3.12)

где r_max, r_min — соответственно максимальный и минимальный радиусы ножа, м.

Для овощерезательных машин с горизонтальным и вертикаль­ным расположением опорного диска

(1.3.13)

(1.3.14)

где Р₁ —усилие перерезания волокон продукта, Н;

(1.3.15)

где q_в — удельное сопротивление продукта резанию на единицу длины лезвия, Н/м; φ_н — коэффициент использования длины лезвия (φ_н =0,7...0,76); для овощереза­тельных машин типа МРО50-200 (r_max – r_min) принимают равным D_o, Р₂ — усилие отгибания ломтика, Н;

(1.3.16)

где α — угол заточки ножа (α = 0,26...0,45 рад); G — модуль упругости продукта при сдвиге (для картофеля G = (0,7...1)10⁶ Па, для свеклы G = (1,5. ..1,65)10⁶ Па, для моркови G = (1,8…2,1) 10⁶ Па); f — коэффициент трения продукта о рабочую и опорную грани ножей (f = 0,25); P_3г, P_3в – соответственно силы прижатия продукта к опорному диску и к опорной грани параллельного ему ножа, Н.

Для овощерезательных машин с горизонтальным расположени­ем опорного диска Р_3г можно определить из выражения

(1.2.17)

где а* = sinα + fсоsα + соsα tgθ – fsinα tgθ.

Для овощерезательных машин с вертикальным расположением опорного диска Р_3в можно определить из выражения

(1.3.18)

где G₁ — вес порции продукта, Н; G₁ = тg; для овощерезательных машин МС10-160 G₁ = 10...15 Н; для овощерезательных машин МР050-200:

(1.3.19.)

где Р_тл — сила, с которой толкатель действует на продукт, Н (Р_тл = 50...100 Н).

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

Описание стенда. Стенд для определения эксплуатационных показателей работы овощерезательной машины представляет со­бой серийно выпускаемую овощерезательную машину, подклю­ченную к источнику электроэнергии и оснащенную контрольно-измерительными приборами (рис. 7.1. а).

Рис.7.1.Схема экспериментальной установки для испытаний дисковой овощерезательной машины МПР-350:

а-для определения эксплуатационных показателей работы:

1-овощерезательная машина; 2-амперметр; 3-вольтметр; 4-ваттметр; 5-магнитный пускатель; 6-электродвигатель; 7-клинноременная передача;

б-для определения удельного усилия резания:

1-стол; 2-винт; 3-ось; 4-риска; 5-нить; 6-чашка; 7-нож; 8-продукт; 9-подставка.

Машина включается в электрическую сеть с помощью магнит­ного пускателя. Для определения расхода электроэнергии исполь­зуются амперметр и вольтметр или ваттметр, включенные в элект­рическую цепь овощерезательной машины. Для определения час­тоты вращения приводного вала (при снятом опорном диске с ножами) служит тахометр.

Удельное усилие резания определяют на специальном приспо­соблении (рис. 1.8, б).

Нож, градуированный по длине, закреплен на оси и специаль­ной подставке, имеющей прорезь. Подставка жестко закреплена на столе винтами. На конце ножа имеется риска с прикрепленной к ней нитью, к которой подвешена чашка для установки грузов.

Чтобы найти производительность машины, необходимы: ци­ферблатные весы, которые используют для отвешивания необхо­димого количества продукта, и секундомер, предназначенный для определения времени нарезки порции продукта.

Для определения конструктивных параметров используют из­мерительную линейку и штангенциркуль.

Методика проведения эксперимента. Устройство овощерезатель­ных машин изучают путем знакомства с отдельными элементами и узлами (ножами, опорными дисками, заклинивающими устрой­ствами, механизмом регулирования толщины нарезки), которые есть в лаборатории. В дисковой овощерезательной машине осмат­ривают рабочую камеру, загрузочное и разгрузочное устройства, знакомятся с их расположением и способом передачи движения опорному диску с ножами. В роторной овощерезательной машине знакомятся с формой ножей и их установкой, формой рабочей ка­меры и ее расположением, ротором с заклинивающими лопастя­ми, способом передачи ему движения. В пуансонных овощерезательных машинах знакомятся с формой ножей и их установкой в корпусе машины, пуансоном, механизмом передачи движения пуансону, с формой и расположением рабочей камеры, загрузочного и разгрузочного устройств.

Рис.7.2. Кинематические и принципиальные схемы овощерезательных машин:

I-МОПII-I МО; II-УММ-10; III-«Гамма»; IV-МС28-100 (пуансонный механизм); V-МРО400-1000 (роторная машина); VI-МРОВ-160; VII-МОПII-I и МО (комбинированные машины): 1-конический мультипликатор; 2-разгрузочное устройство; 3-рабочая камера; 4-загрузочное отверстие; 5-толкатель; 6-ножи; 7-опорный диск; 8-сбрасыватель; 9-вал привода; 10-регулировочная гайка; 11-хвостик с резьбой; 12-неподвижная ножевая решётка; 13-пуансон; 14-шток; 15-червячная передача; 16-кривошип; 17-рамка; 18-ролики; 19-диск; 20-лопасти; 21-неподвижный ножевой блок; 22-электродвигатель; 23-клиноременная передача; 24-отверстие для отходов.

Студенты, обучающиеся по специальности 170600, изучают по учебным плакатам часто встречающиеся неисправности и способы их устранения. С конструкциями и принципами работы овощерезательных машин знакомятся по учебнику.

Изучение конструкции машин заканчивают составлением ки­нематических схем (рис. 7.2).

Основные конструктивные параметры, влияющие на эксплуа­тационные характеристики и показатели качества овощерезателъных машин, определяют путем их измерения. К конструктивным параметрам относятся: в дисковых овощерезательных машинах — зазор между ножами и опорным диском, максимальное и мини­мальное расстояния от оси вращения опорного диска до конца и начала лезвия, расстояние между ножами гребенки, угол заклини­вания, в роторных овощерезательных машинах — высота гребен­ки, расстояние между ножами гребенки, диаметр рабочей камеры, угол наклона лопастей на роторе; в пуансонных овощерезатель­ных машинах — диаметр ножевой решетки, длина и ширина од­ной ячейки, число ячеек, длина хода пуансона.

Разобравшись в конструкции и принципе работы различных овощерезательных машин, чертят необходимые схемы. Затем при­ступают к экспериментальному определению эксплуатационных характеристик и качества нарезки продукта. Для этого подробно знакомятся со схемой установки, назначением контрольно-изме­рительных приборов и вычерчивают в тетради схему эксперимен­тального стенда. К работе приступают после разрешения препода­вателя.

Машину включают, предварительно сняв опорный диск с но­жами и загрузочное устройство. Этой операцией обеспечивается свободный доступ к приводному валу. Частоту вращения привод­ного вала измеряют тахометром. На тахометре устанавливают предполагаемый интервал частоты вращения приводного вала и присоединяют резиновый наконечник тахометра к вращающемуся приводному валу. После этого машину останавливают. На привод­ном валу закрепляют опорный диск с ножами для нарезки продук­та ломтиками и определяют пределы регулирования толщины на­резки. Затем устанавливают заданный зазор, рабочую камеру с загрузочным устройством, включают машину на холостом ходу и измеряют с помощью контрольно-измерительных приборов мощ­ность электродвигателя. После этого машину останавливают, от­вешивают очищенную порцию продукта на циферблатных весах и делят ее на две равные части.

Для приема нарезанного продукта под разгрузочное устройство устанавливают тару. Затем включают машину и равномерно загру­жают половину отмеренной порции продукта, определяя по се­кундомеру время нарезки и мощность электродвигателя.

По окончании процесса машину останавливают, заменяют ножи и изменяют форму нарезки .продукта (брусочками или со­ломкой). Затем включают машину и определяют время нарезки продукта и мощность электродвигателя под нагрузкой. После это­го оценивают качество нарезки продукта. Для этого из порции на­резанных овощей (для каждой формы нарезки) отбирают крошку, а также кусочки неправильной формы, имеющие трещины, и взвешивают их.

Для определения удельного усилия резания продукт кладут на расположенную под ножом подставку и опускают на него нож, после чего постепенно увеличивают усилие резания добавлением грузов в чашку. Как только лезвие ножа надрежет продукт, нагруз­ку снимают. Зная вес груза вместе с чашей, расстояние между осью поворота ножа и нитью и серединой образца, а также длину нарезаемого образца, определяют усилие перерезания продукта, а затем удельное сопротивление продукта резанию.

Обработка экспериментальных данных и составление отчета. Для составления отчета вычерчивают кинематические и принципиаль­ные схемы овощерезательных машин, делают расчеты по приве­денным в работе формулам и заносят результаты опытов и расче­тов в журнал наблюдений (табл. 7.1).

1.3. Журнал наблюдений к лабораторной работе 7.1

№ п/п	Показатель	Условное обозначение	Единица измерения	Данные
				опытные	расчётные
	Максимальное расстояние от центра диска до конца лезвия ножей		м
	Минимальное расстояние от центра диска до начала лезвия ножей		м
3	Зазор между опорным диском и ножами: максимальный минимальный		м м
4	Заданная толщина нарезки	h	м
5	Число рабочих ножей, установленных параллельно опорному диску		шт
6	Число ножей гребёнки		шт
7	Расстояние между ножами гребёнки	а	м
8	Диаметр: клубня загрузочного отверстия		м
9	Частота вращения вала: приводного электродвигателя
10	Мощность электродвигателя при работе на холостом ходу		Вт
11	Мощность электродвигателя при нарезке: ломтиками брусочками(соломкой)		Вт
12	Масса порции продукта при нарезке: ломтиками брусочками(соломкой)	m	кг
13	Время нарезки: ломтиками брусочками(соломкой)	T	с
14	Масса неполноценных частиц при нарезке: ломтиками брусочками(соломкой)		кг
15	Действительная производительность		кг/с
16	Теоретическая производительность		кг/с
17	Рабочая площадь опорного диска
18	Средняя скорость продвижения продукта через зазор между лезвиями ножей и опорным диском		м/с
19	Средний показатель качества при нарезке	Y	%
20	Полезная мощность машины при нарезке: ломтиками брусочками(соломкой)		Вт
21	Угол заклинивания		град
22	Теоретическая мощность при нарезке: ломтиками		Вт
23	Средний радиус ножа		м
24	Проекция результирующего усилия на плоскость, параллельную опорному диску для овощерезательных машин: с вертикальным диском с горизонтальным диском		Н Н Н
25	Усилие перерезания волокн продукта		Н
26	Усилие отгибания ломтика		Н
27	Сила прижатия продукта к опорной грани ножа для овощерезательных машин с вертикальным диском с горизонтальным диском для овощерезательных машин типа МРО и МПР		Н Н Н
28	Удельнй расход энергии для нарезки продукта		-
29	Передаточное отношение	i	-
30	Механический КПД машины		-
31	Вес груза вместе с чашей		Н
32	Расстояние между осью поворота ножа и нитью		м
33	Расстояние между осью поворота ножа и серединой образца		м
34	Длина нарезаемого образца	L	м
35	Удельное сопротивление продукта резанию		Н/м

Полученные данные по производительности и мощности ма­шины, качеству обработки продукта сопоставляют с аналогичны­ми показателями овощерезательных машин такого же типа и пас­портными данными.

Контрольные вопросы и задания

1. Как классифицируют овощерезательные машины?

2. Перечислите способы резания продуктов и соответствующие виды режущих инстру­ментов.

3. Какая форма ножей и какой характер их движения использу­ются в овощерезательных машинах?

4. В чем сущность рубящего и сколь­зящего резания? Нарисуйте и поясните различные схемы движения но­жей или продукта при рубящем и скользящем резании применительно к овощерезательным машинам.

5. Какие силы действуют на нож при рубя­щем и скользящем резании?

6. Как определяется коэффициент скольже­ния? Объясните преимущества скользящего резания перед рубящим на примере овощерезательных машин.

7. Каково принципиальное устрой­ство дисковых, роторных, пуансон ных и комбинированных овощереза­тельных машин?

8. Какие применяются способы удержания продукта в момент резания в овощерезательных машинах?

9. Какие формы нарезки и какими ножами можно получать при резании овощей на овощереза­тельных машинах?

10. Назовите неисправности овощерезательных ма­шин и способы их устранения.

11. Как определить действительную и тео­ретическую производительность и мощность на различных овощереза­тельных машинах?

12. Каковы правила эксплуатации различных овощерезательных машин?