Повышение производительности волчков за счет совершенствования режущего механизма

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Повышение производительности волчков за счет совершенствования режущего механизма

Др. Наак, В.Р. Галле; В. Шенкель, С. Стоянов

Волчки предназначены для непрерывного измельчения мясного сырья в производстве колбас и рубленых полуфабрикатов. Для конкретно определенной степени измельчения применяются разнообразнейшие комбинации режущего комплекта.

За последние годы принцип работы этих машин постоянно улучшался.

На сегодняшний день на основе научных изысканий достигнута комбинация волчка с наполнителем, обеспечивающая получение готового продукта. Главнейшим достижением измельчительно-наполнительной техники является получение с помощью решетки с мелкими отверстиями эмульгированного тонко измельченного фарша очень высокого качества для производства вареных колбас в непрерывном потоке. Это же относится и к сыровяленым продуктам.

В предварительной обработке мяса благодаря использованию современных научных методов накоплено очень много основополагающих знаний о процессе подачи продукта в стандартных волчках, о ходе измельчения продукта в режущем комплекте и собственно о сырье. Сегодня уже возможно удвоение производительности измельчения только за счет лучшего инструмента и вида шнека.

При этом два конкретных обстоятельства образуют техническую основу: во-первых, метод подачи сырья с помощью шнека на измельчение и, во-вторых, взаимодействие режущих комплектов с сырьем в процессе измельчения.

Сегодня накоплены обширные знания о сырье, которые сегодня нашли свое отражение в конструкции и качестве режущего инструмента.

Для полного использования производственной мощности машины и ее инструментальной системы необходимо привести производительность по измельчению и способность режущего инструмента в полное соответствие с прочностными параметрами сырья.

Качество сырья и его вид, размеры кусков, его температурное состояние и степень измельчения обуславливают строение машины, конструкцию шнека, частоту его вращения, производительность по измельчению и потребность в энергии.

Сырье в машине играет двойную роль. Оно действует и как передающий энергию элемент, и как потребитель энергии. Чтобы обеспечить высокую производительность, обе функции должны быть полностью осуществлены. Это требует изменения геометрии инструментов и их нагрузочных способностей.

Ниже приводятся необходимые условия выполнения этой задачи.

Сырье

Физико-механические свойства обрабатываемого сырья изучены слабо. До сих пор с помощью шнека его крутят и проталкивают в надежде, что измельчение произойдет на высоком уровне качества. Источником силы является двигатель.

В реальности сырье выполняет две задачи:

* передачу энергии подачей для создания силы резания в комбинации шнек-сырье-корпус.

* передачу силы, необходимой для деформации сырья для внедрения его в отверстия решетки режущего комплекта, и мощности для работы измельчения ножами и решетками.

Один и тот же материал ответственен и за использование силы, и за ее создание. Он только по-разному связан в функциях.

Таким образом, необходимо выяснить: где и какие условия должны быть соблюдены.

О том, что передача силы от поставляющего ее мотора происходит через шнек, сырье и корпус шнека, давно известно. Посредством вращения шнека через мясо создается подающее давление, преодолевающее сопротивление режущего комплекта. Из этого следует, что потребность в силе определяется видом сырья, его температурным состоянием, желаемой степенью измельчения. Сила подачи преодолевает сопротивление трения сырья о шнек и корпус. При этом сила привода распределяется в рабочей системе так, что режущий комплект потребляет от 80 до 90% силы привода, а остальная энергия идет на подачу сырья и потери привода.

При оценке этих данных вызывает удивление, что создание силы подачи сырья на обработку обходится таким малым количеством энергии для создания давления подачи. Подача скользящим движением вызывает значительно меньшие разрушения, однако она, в конце концов, должна на 100% обеспечить потребность в энергии для выполнения работы измельчения. Можно считать передающей силу в процессе подачи лишь ту часть сырья, которая непосредственно участвует в передаче силы, необходимой для преодоления сопротивления. Она находится у краев потока и у головки шнека на расстоянии около 10 мм от его торца и составляет не более 10% объема камер шнека. Все остальные части сырья почти не производят передающего силы действия. Это является особенностью подачи сырья при противоположно направленном действии сил сопротивления работе измельчения.

Таким образом, участвующий в процессе подачи объем сырья в 10 раз больше, чем находящийся в режущем комплекте.

Это рассасывает сопротивление силе подачи.

Передача силы сырьем создает давление подачи как рабочей энергии сопротивления сырья и режущего комплекта. Величина давления подачи также ответственна за глубину внедрения мясных столбиков в отверстия и скорость внедрения, с которой сжатое сырье снова расправляется. Она имеет такое большое значение, поскольку сырье со скоростью ножей проскальзывает мимо отверстий в решетке и совсем не имеет времени (t=0,01 с при диаметре отверстий 2 мм) для внедрения. Длина столбика отражает существующее давление деформации, время наполнения и пропускную способность отверстия.

Скорость внедрения через давление в отверстии во время вращения ножа с сырьем определяет количество заполненных отверстий. Таким образом, оба элемента показателя производительности решеток зависят от количества заполненных отверстий и давления.

Давление сырья, создаваемое подталкивающей силой шнека, определяет достижимую пропускную способность отверстий при взаимодействии ножа и отверстий.

Зависимость пропускной способности отверстия от давления является главной величиной, влияющей на измельчение при разных комбинациях режущего комплекта.

По результатам конкретных исследований качества решеток и влияния вида ножей при работе на разных решетках с разным количеством отверстий и толщиной была установлена прямая взаимосвязь между количеством отверстий, видом ножей и их толщиной.

Каждый элемент имеет изменяющее производительность значение.

Главным фактором качества работы является количество отверстий на поверхности решетки.

Наиболее неожиданным воздействующим фактором оказалась толщина решетки.

Установлено, что поддержание давления в пазухах ножа по всей длине каналов в отверстиях решетки, оставшихся не перекрытыми плоскостью ножа, является решающим для высокой производительности режущего комплекта. Увеличение производительности волчков за счет повышения давления подачи требует новых толщин решетки по сравнению с предусмотренными DIN.

Исследования показали, что новые части по DIN в области деформации находятся в пределах нормального давления подачи сырья и поэтому после каждого шлифования теряют свою производительность.

Наряду с решетками достижимая производительность определяется числом установленных в режущем комплекте ножей. Этот фактор производительности является так называемым циклом резания, поскольку только то сырье может выйти из отверстия, которое в форме своих столбиков выделяется из пазух ножа под давлением мяса. Это означает, что время внедрения сырья требует связанной временной зависимостью геометрии ножей, которая должна привести в соответствие время внедрения сырья с отрезающим действием. Из необходимости удовлетворения этих условий возникли ножи с висящими лезвиями.

Производительность инструмента

Исследования пропускной способности решеток производились на комплекте из пяти частей с оптимизированным расположением отверстий и улучшенными циклами резания в каждой плоскости.

Цикл резания -- это временное расстояние между внедрением столбика сырья и процессом его отрезания у грани отверстия решетки. Оно должно произойти тогда, когда сырье внедрилось в отверстие.

Явления измельчения сырья на последующих поверхностях резания протекают все быстрее, поскольку ступенчатая деструктуризация снижает сопротивление деформации. Следовательно, увеличение количества перьев ножа приводит к ускорению внедрения сырья в отверстия решетки так же, как и выход из них. Поскольку сырье может выйти из отверстия решетки только в виде продавленного через него мясного столбика.

Как пример, для сравнения взято количество продвигаемого сырья двумя режущими комплектами волчка с диаметром решетки 160 мм, состоящими из пяти частей, при переработке сырых обрезков. Стандартный режущий комплект показал производительность 680 кг/час. С помощью высокопроизводительного режущего комплекта можно достичь 1470 кг/час.

Производительность машины при равных условиях разная. Отсюда видно значение режущего цикла ножей.

Количество применяемых режущих инструментов является важным фактором обработки сырья.

Нагрузка на инструмент

Установлено, что энергию для работы измельчения поставляет сила давления. Большая производительность волчка достигается за счет повышения давления. Давление и, в частности, давление подачи на решетку является для инструментальной системы той силой, которая деформирует решетку и разрушает ее. Важны следующие вопросы:

* какая величина деформирующего давления необходима для образования мясных столбиков, чтобы достигнуть хорошей производительной работы;

* какое давление выдерживает решетка?

Отсюда исходит конструкционная толщина решетки для производственных целей. По гомогенизации сырья можно заключить, что максимальные величины давления, находящиеся в пределах 15 до 20 бар, являются вполне нормальными. Если взять нагрузку на решетку за основу, то можно увидеть, что рабочая область решетки находится в области эластичных деформаций прочностной диаграммы стали.

При шлифовании решетки мы очень быстро приближаемся к пределу прочности инструмента, поскольку решетка становится тоньше. Здесь начинается усталость инструмента, а позже -- поломка решетки.

Из этого следует, что толщина решетки является важным показателем длительности ее службы.

Далее очевидно, что плохое расположение отверстий вполне естественно ведет к повышению нагрузки на решетку и, таким образом, наряду с плохой производительностью к преждевременной деформации и усталостным поломкам инструмента. Проталкиваемое сырье при этом будет необоснованно дополнительно нагружено и разрушено.

Разрушенная часть сырья приводит к снижению силы подачи. Для того чтобы создавать действительно хорошие машины, надо знать этот круговорот производительности.

Остается последний вопрос:

* что делают ножи?

Ножи отрезают сырье по поверхностям резания. Они подвергаются высоким напряжениям через давление подачи сырья, выполняют очень большую работу трения и шлифования. Силы шлифования действуют через сырье дополнительно к силам резания. Поэтому через подачу сырья и его уплотнение сила резания и сила трения представляют наибольшую нагрузку на ножи.

Ножи должны соответствовать всем видам нагрузки или быть к ним приспособленными, поскольку более тонкие корпуса ножей повышают производительность переработки. Сюда относятся динамические отклонения сырья, которые требуют синхронизации подачи и резания посредством подбора количества перьев ножа.

Также здесь проявляются многие влияющие на силу факторы, действующие с силовой и геометрической стороны.

Действует общее правило: “Чем тоньше измельчается мясо в режущем комплекте, тем скорее оно проникает в отверстия решетки, потому что снижается требуемая величина разрушающей структуру мяса энергии”.

С отрезанием сырья пером ножа у поверхности решетки возникает частица, способная к выдвижению из отверстия.

После многократного шлифования силы трения, резания и уплотнения сырья повышают нагрузку на корпус ножа выше предела прочности. Поэтому поломкам ножа из-за изменяющихся размеров и нагрузки посвящена большая исследовательская работа.

Главное направление исследований -- это распределение сил между втулкой как передатчиком усилий перу ножа, являющемуся режущим элементом, и потребителем силы.

Чтобы доказать достоверность теоретических исследований, ножи наблюдались под нагрузкой разными методами.

Для расчета работы резания у поверхности решетки определялись соотношения рычагов между плоскостью ножа и лезвиями.

Неоднократно наблюдались явления разрушения при определенных соотношениях плеч между величиной втулки и длиной лезвия ножа. Из этих наблюдений определялся так называемый фактор поломки.

Усиливающий показатель вступает тогда, когда ножи от шлифования становятся тоньше, поскольку сырье под действием уплотнения становится крепче.

Уменьшение толщины ножа действует в направлении снижения нагрузки и повышения уплотнения сырья в пазухах ножа и вызывает увеличение потребности в силе.

Вместе с соотношением “уменьшенная нагрузка / уменьшенная сила” ответственность за поломку несут и другие показатели сырья, такие, как предварительное измельчение, вид сырья и температура.

Предварительное измельчение

волчок производительность инструмент механизм

Приемные решетки новых конструкций с емкостями давления распределяют массу сырья перед режущим комплектом по пазухам ножей и поверхностям решеток. Они повышают производительность на 10 до 20% и снижают нагрузку одновременно. За счет использования приемной решетки требуемые усилия снижаются на 20%. Это доказано практикой и опытами.

Для определения оптимальных показателей динамическая нагрузка на инструмент в ходе нормального измельчения была математически смоделирована.

Стандартные инструменты подвергаются очень сильному деформирующему давлению в первой пазухе ножа -- отправной позиции до наивысшей точки в навивке шнека -- одностороннего вращающего, деформирующего движения и экстремальной нагрузки.

Особо следует выделить воздействие приемной решетки с емкостью давления и опорой, которая полностью сглаживает экстремальные односторонние усилия вращения и давления подачи в системе резания через первую пазуху ножа, что снижает потребную величину силы при повышении производительности.

Преимуществами приемной решетки со втулкой являются:

· Центровка шнека по корпусу машины.

· Снижение срабатывания поверхностей решеток и перьев ножей за счет параллельности движения деталей режущего комплекта.

· Отсутствие прогиба втулки ножа.

· Снижение затрат энергии на 10-20%.

· Повышение производительности на 10-20%.

· Повышение качества сырья при продвижении.

· Использование накопленной в сырье энергии при уплотнении во время подачи.

· Лучшие условия прохождения сырья через режущий комплект.

· Зона безопасности для режущего комплекта при неумышленном попадании твердых предметов, например, костей.

· Емкость для сглаживания максимальных усилий при подаче сырья, повышение состояния покоя машины.

Инструментальная система и энергия шнековой подачи сырья дают возможность в будущем значительно повысить производительность волчков.

Крупные волчки могут вдвое увеличить пропускную способность решеток с мелкими (<2 мм) отверстиями. Это показали проведенные практические тесты. Для параметров машин этой производительности необходимо оптимизировать инструментальную систему. Указанные производительности крупных волчков показывают, что при данной конструкции и применяемых размерах ножей могут быть достигнуты абсолютно новые показатели производительности. Основой для этих улучшений является использование достижений современной науки в конструкциях режущего инструмента с учетом свойств сырья.

Этот обзор показывает явную тенденцию к повышению производительности машин путем оптимизации инструмента, параметров машин и современной геометрической конструкции шнека и корпуса.

Размещено на Allbest