Фаршемешалка Л5-ФМУ-335

2.5 Фаршемешалка Л5-ФМУ-335

Особенности применяемых фаршемешалок связаны с конструкцией и распределением исполнительных органов (лопастей) мешалки, узлов выгрузки продукта и материалов, из которых они изготовлены. Фаршемешалка Л5-ФМУ-335 относится к фаршемешалкам горизонтального типа, у которых исполнительный (перемешивающий) орган закреплен на горизонтальном валу.

Рис. 11 Фаршемешалка Л5 - ФМУ – 335

1 - тележка; 2 - устройство загрузки; 3 - корыто; 4 - решетка; 5 - привод; 6 - станина; 7 - лопасти месильные

Она состоит из станины, месильного корыта, привода шнеков, механизма загрузки, правой и левой крышек, шиберного устройства и электрооборудования.

Станина представляет собой сварную металлическую конструкцию из уголка размером 63-63 мм. Крышка сварная, решетчатого типа, из нержавеющей стали. Месильное корыто состоит из картера, корыта из нержавеющей стали, внутри которого расположено два месильных шнека, приводимые в движение валом. Они вращаются от электродвигателя через клиноременную и червячную передачи, расположенные внутри чугунной тумбы. Фарш перемешивается месильными шнеками в корыте, закрытом двумя решетчатыми крышками. Шнеки подобраны так, чтобы при их вращении фарш подавался от края в центр, а внизу поток был обратным, (имитируется ручная вымеска). Частота вращения лопасти со стороны обслуживания меньше (в 1.3 - 2.0 раза) частоты вращения лопасти. Приводной механизм фаршемешалки электрический, с реверсом, обеспечивающим вращение перемешивающих лопастей, как в одну, так и в другую сторону, и без реверса, т.е. лопасти вращаются только в одну сторону.

Загружается фарш в корыто загрузочным устройством, выгружается месильными шнеками через люки, которые открывают вручную, вращая маховик по ходу часовой стрелки. Пульт управления представляет собой кнопочный пост и расположен на тумбе. Шкаф электрооборудования прямоугольной формы, закреплен на стене отдельно от машины в удобном для эксплуатации месте. Станина и тумба фаршемешалки закрыты металлическими облицовочными листами.

При выгрузке в передвижные тележки или бункер корыто опрокидывают, причем уровень разгрузки должен быть расположен на высоте 0.8-0.9 м. Конструкция опрокидывающего механизма выбрана таким образом, чтобы при повороте корыта не нарушалось сцепление в передачах. Наиболее рационально для механизированной выгрузки опрокидывание вокруг оси, когда условие загрузки и выгрузки одинаковы.

Технические характеристики

Производительность, кг/час 2500-3200

Геометрическая вместимость корыта, м³ 0.335

Коэффициент загрузки 0.6-0.8

Длительность цикла, мин 3.5-8

Частота вращения месильных шнеков:

- левого, с  0.76

- правого, с 0.76

Установленная мощность, кВт 7.0

Габаритные размеры, мм 2900-965-1385

 (с механизмом загрузки)

Масса, кг 1035

(с механизмом загрузки)

2.5.1 Расчет шнека фаршемешалки Л5-ФМУ-335

Исходные данные:

-           производительность шнекового устройства П=0,861 кг/сек;

-           максимальное давление р_max=0,15 Мн/м²;

-           коэффициент внутреннего трения продукта f=0,3;

-           плотность продукта r=900 кг/м³.

Наружный диаметр шнека D принимаем равным 0,34 м, шаг Н=0,8 D=0,8×0,34=0,27 м.

Диаметр d вала шнека должен быть больше предельно допускаемого диаметра dпр определяемого из условия (рис. 12):

Рис. 12. К выбору диаметра вала шнека

dпр = H/ptgj (1)

Примем диаметр вала шнека равным 0,16 м (а=2,12).

Угол подъема винтовых линий на внешней стороне шнека и у вала по зависимости (2):

 Углы подъема винтовых линий равны:

a_D = arctgH/pD; a_d = arctgH/pd

Среднее значение угла подъема винтовых линий витка шнека по равенству:

a_ср = 0,5 (a_D + а_d ).

a_ср=0,5(14°19’+28°25’)=42°44’×0,5=21°22’

Вспомогательные величины:

cos²21°22’=0,9321²=0,8689; tg 21°22’=0,3882; sin2×21°22’=0.6748.

Коэффициент отставания частиц материала в осевом направлении по уравнению без учета сил трения:

k₀ = (H-h1)/H = sin²a = (pD-s1)/pD = k_в

c учетом сил трения:

k_0.T = (H-h)/H = sin²a +0.5fsin2a= (pD-s)/pD = k_в.T

Если формуемый или прессуемый материал является пластично-вязким и обладает адгезией, то в качестве коэффициента трения берется коэффициент внутреннего трения, определяемым из условия связи частиц между собой при сдвиге слоев материал.

Таким образом, движение частиц продукта в шнековом устройстве можно учитывать коэффициентом перемещения.

k = 1 – k_0.T = cos² a - 0,5f sin 2a.

k₀=1-(0,8689-0,5×0,3×0,6748)=0,2332

Изгибающий момент в витке шнека по внутреннему контуру, т.е. у вала по выражению (6):

Mи=PmaxD²/32·(1.9-0.7a^-4-1.2a^-2-5.2lna)/(1.3+0.7a^-2);

где а == D/d — отношение диаметров, которое практически лежит в пределах от 1,8 до 3. Наибольшее напряжение (оно же и эквивалентно):

s= ±6Mн/тб²;

Витки шнека будут изготовляться из стали 10, для которой допустимое напряжение при изгибе можно принять равным допускаемому напряжению при растяжении, т.е. 1300×10⁵ Н/м².

Тогда толщина витка шнека из формулы :

s=±6Mн/тб²;

.

Принимаем

Площадь внутренней цилиндрической поверхности корпуса устройства на длине одного шага по выражению (8):

Fв = pD(H-d);

F_B=3,14×0,34(0,27-0,006)=0,2818 м.²

Развертки винтовых линий по зависимостям (9):

l =;

L = ;

Площадь поверхности витка шнека на длине одного шага по условию:

Fш = 1/4p(pDL-pdl+H²ln(D+2L)/(d+2l));

где L и l - развертки винтовых линий, соответствующие диаметрам шнека и вала.

что удовлетворяет условиям работы шнека.

Крутящий момент при трех рабочих витках шнека по выражению: Mкр =

0,131n p_max(D³-d³)tgaср;

осевое усилие

S = 0/392n(D²-d²) p_max

где n - число рабочих шагов шнека.

М_кр=0,131×3,15×10⁶(0,34³-0,16³)×0,3882=806 Н×м,

S=0,392×3×(0,34²-0,16²)×0,15×10⁶=6210 Н.

Зная крутящий момент на валу шнека и осевое усилие, находим соответствующие им нормальное и касательное напряжения:

где F- площадь поперечного сечения вала шнека в м²; W_p – полярный момент сопротивления поперечного сечения вала шнека в м³.

Эквивалентное напряжение по теории наибольших касательных напряжений определяют по формуле:

и находится в пределах допускаемого напряжения для материала вала шнека (сталь Ст5).

Принимая коэффициент заполнения равным единице, получим:

Теперь определяем размеры заготовки витков и их число.

Пусть длина шнека равна 3×0,27=0,81 м.

Ширина витков по зависимости

b=0,5(D-d)

b=0,5(0,34—0,16)=0,09 м.

Угол выреза в кольце-заготовке по выражению:

a₀ = 2p - (L - l)/b;

(16)

Длину шнека определим по формуле:

L' = H'/sinaD; l' = H′ sinad ;(17)

Из формулы (18) определим другие параметры: D₀= L' /p; d₀=l'/p;

В технологические расчеты мешалок входит определение емкости дежи и резервуара, а также мощности двигателя к мешалкам.

Емкость дежи или резервуара мешалки, если она и используется как резервная или аккумулирующая емкость, определяется по формуле

V=Mta^-1(19),

где М - производительность смесителя или мешалки, м³/сек; t - длительность цикла вымески или смешивания, с; a - коэффициент заполнения объема дежи продукцией.

V=0,00096×210×0,6^-1=0,335 [м³].

Мощность двигателя к мешалки для перемешивания тестообразных и сыпучих тел (в частности фаршей)

;(20)

где z - количество лопастей данного типа; Р – сопротивление, испытываемое одной лопастью, Н; J - скорость движения соответствующей лопасти, м/с.

Для перемешивания тестообразных и сыпучих тел сопротивление одной лопасти

P=Q×F, [H](21),

где Q – соответствующее удельное сопротивление, Н/м²; F- лобовая поверхность лопасти.

По данным Лапшина (для фарша):

Q=Q₀+aJ Н/м² (22),

где Q₀ – условное начальное сопротивление, Н/м²; а – постоянный параметр, зависящий от вида фарша.

Для фарша вареных колбас а=4000¸5000, Q₀=4000¸8000 H/м²

J=R×w=0,171×24=4,1 м/с

F=

Q=15000+10000×4,1=56000 H/м²

Р=56000×0,09=5040 Н

N=

Расчёт рабочих параметров шнека фаршемешалки. Известны производительность шнекового устройства П = 0,85 кг/с, коэффициент внутреннего трения продукта f = 0,3, плотность продукта r = 1041 кг/м³.

Наружный диаметр шнека D принимаем равным 140 мм, а шаг

Н = 0,8×140 = 112 мм.

Предельный диаметр вала шнека

d_пр = ( Н/p) tgj = ( 0,112/3,14)×0,3 = 0,0107 м = 10,7 мм.

Примем диаметр вала шнека равным 60 мм (а = 2,3).

Угол подъема винтовых линий на внешней стороне шнека и у вала по зависимостям

a_D = arctg [H/(pD)]; a_d = arctg [H/(pd)];

a_D = arctg [0,112/(3,14×0,14) ] = 14 °;

a_d = arctg [0,112/(3,14×0,060)] = 31 °.

Среднее значение угла подъема винтовых линий витка шнека по равенству

a_ср = 0,5( a_D + a_d ) = 0,5 (14 °+ 31 °) = 22,5 °.

Вспомогательные величины равны

cos² 22,5 ° = 0,854; tg 22,5 °= 0,414; sin 2×22,5 ° = 0,707.

Коэффициент отставания частиц материала в осевом направлении по уравнению

k₀ = 1 – (cos² a_ср – 0,5f sin 2a_ср) = 1 – (0,854 – 0,5×0,3×0,707) = 0,252.

Изгибающий момент в витке шнека по внутреннему контуру, т.е. у вала по выражению

Н×м/м.

Витки шнека будут изготовлены из стали 10, для которой допускаемое напряжение при изгибе можно принять равным допускаемому напряжению при растяжении, т.е. 125×10⁶ Па. Тогда толщина витка шнека из формулы

s_и = ±6М/d²

Принимаем d = 4 мм.

Площадь внутренней цилиндрической поверхности корпуса устройства на длине одного шага

F_в = pD( H - d ) = 3,14 × 0,14 (0,112 – 0,004) = 0,0475 м².

Длины разверток винтовых линий

l =

L =

l =  = 0,219 м;

L =  = 0,454 м.

Площадь поверхности витка шнека на длине одного шага

F_ш =  

F_ш =  = 0,0133

м², что удовлетворяет условиям работы, т.к. F_ш < F_в.

Крутящий момент при двух рабочих витках шнека

М_кр = 0,131 n p_max (D³ – d³) tg a_ср

М_кр = 0,131×2×0,2×10⁶ (0,14³ – 0,06³) 0,414 = 54,84 Н×м.

Осевое усилие

S = 0,392 n (D² – d²) p_max

S = 0,392×2 (0,14² – 0,06²) 0,2×10⁶ = 2509 Н.

Нормальное и касательное напряжения вала

s_сж = S/F ; t = М_кр / W_р,

где F – площадь поперечного сечения вала шнека, м²; W_р – полярный момент сопротивления поперечного сечения вала шнека (W_р » ,2 d³).

s_сж = 2509×353,857 = 887827 Па = 0,9 МПа.

t = 54,84×23148 = 1 269 444 = 1,3 МПа.

Эквивалентное напряжение

и находится в приделах допускаемого напряжения для материала вала шнека (сталь Ст 5).

Принимая коэффициент заполнения равным единице, из уравнения получим угловую скорость шнека

П = 0,125(D² – d²) (Н - d) (1 - К₀) ryw,

где d - толщина витка шнека в осевом направлении по наружному диаметру, м; r - плотность материала, кг/м³; y - коэффициент заполнения межвиткового пространства; w - угловая скорость вращения шнека, рад/с.

0,85 = 0,125 (0,14² – 0,06²) (0,112 – 0,004) (1 - 0,252) 1041w;

w = 5,06 с^-1 (48 об/мин).

Теперь определим размеры заготовок витков и их число. Пусть длина шнека равна 6×112 = 672 мм.

Ширина витков

b = 0,5 (D – d) = 0,04 м = 40 мм.

Угол выреза в кольце – заготовке

a₀ = 2p –( L – l) / b = 2×3,14 – (0,454 – 0,219) / 0,04 = 0,405 рад = 23°.

Диаметры колец определяем по формулам

мм

При изготовлении кольца – заготовки без углового выреза, оно расположится на длине шнека, определяемой по условию

.

Количество колец – заготовок без углового выреза надо

0,672 / 0,12 = 5,6 шт.

Практически надо сделать шесть колец – заготовок

Литература

1.     Кармас Э. Технология колбасных изделий / Э.Кармас. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. – 256 с.

2.     Рогов И.А. Общая технология мяса и мясопродуктов / И.А. Рогов, А.Г.Забашта, Г.П.Казюлин. – М.: Агропромиздат, 2000. – 563 с.

3.     Справочник технолога колбасного производства / И.А.Рогов, А.Г.Забашта, Б.Е.Гутник и др. - М.: Колос, 1993. – 431 с.

4.     Пелеев А.И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности / А.И. Пелеев. – М.: Агропромиздат, 1963. – 634 с.

5.     Технология мяса и мясопродуктов / Л.Т.Алехина, А.С.Большаков и др.; Под ред. И.А.Рогова. – М.: Агропромиздат, 1988. – 576 с.

6.     Технологическое оборудование мясокомбинатов / Под ред. С.А.Бредихина. - М.: Агропромиздат, 2000, - 557 с.