Технологический расчет куттера Л5-ФКМ

                Коэффициент запаса мощности двигателя = 1,3.

                КПД привода ножевого вала = 0,9.

               N1 = = 27,685 кВт

                N2 = 1…3 кВт (в зависимости от вместимости чаши)

               N3 = 0,6…1,0 кВт; при окружной скорости ножей до 30 м/с

                N2  примем равным N2 = 2 кВт

                N3 примем равным N3 = 0,8 кВт

               N = 27,685 + 2 + 0,8 = 30,485 кВт.

Рассчитаем объёмную производительность куттера периодического действия

 по формуле:

           М0 = ,                                                                          ( 3 )

           где W — ёмкость чаши, м3 

           φ — коэффициент загрузки 

           Тц — время рабочего цикла

           М0 = = 56,25 м3/ч

      Определим массовую (весовую) производительность  куттера периодического   действия по формуле:

           Мв = ,  ( 4 )

           где  ρ — плотность фарша, кг/м3.

           Мв = = 5,856×104 кг/ч

Определим расход льда, добавляемого при куттеровании.

При мелком и тонком измельчении мяса наибольшая честь энергия расходуется на преодоление пластических деформаций и трение, которое переходит в тепло. Если предположить, что 90% расхода энергии идет на нагревание фарша, теплоемкость которого С = 0,86 ккал/кг. град, то возможный нагрев фарша при

18. КП.271300-05._______.ПЗ

Лист

15

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

измельчении без добавления  воды или льда

    Δt = 0,97·q                          ( 5 )

      Δt = 7,76 °С

Расход снега   G  , добавляемого для уменьшения Δt при допустимом нагреве  Δt0, рассчитывается по формуле:

          G = Δq·Mв,                                                                                           ( 6 )

    Δq = ,  ( 7 )

           Δq = 0,062 кг/кг

где   r — скрытая теплота плавления льда или таяния снега, ккал/кг

            G = 3631 кг/ч

 Определим  время разгрузка чаши, если толщина  слоя продукта на тарелке вагружателя составляет 30 мм.

 Время, необходимо для разгрузки чаши, определят по формуле:

    τр = , с                                                                                  ( 8 )

    W0 = , м3,                                                                            ( 9 )

    W0 = 0,63 м3

     Qср — средний расход фарша при выгрузке чаши,

     Qср = , м3/с  ( 10 )

           Vср — средняя линейная скорость фарша, м/с.

            Vср = , м/с   ( 11 )

           где   RT — радиус тарелки выгружателя, м

            nT — число оборотов тарелки выгружателя в минуту, об/мин

             RT = 0,375 м

             nT = 10 об/мин

            Vср = 0,196 м/с

18. КП.271300-05._______.ПЗ

Лист

16

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

     fср  — средняя площадь поперчного сечения слоя фарша на тарелке      выгружателя во время выгрузки фарша, м2

        fср =      ( 12 )

              fср = 0,075 м2

Определим расход мощности на привод чаши:

        Nч = , кВт      ( 13 )

               Nч = 7,62 кВт

Конструкция и геометрия ножа

   Прочность и эксплуатационные свойства режущих инструментов определяются:

• конструктивными геометрическими параметрами;
• оптимальными параметрами режима;
• применением износостойких материалов;

— рациональными приемами технологической обработки. 
Применяют ножи с лезвиями различной формы: прямолинейной, криволинейной, в том числе серповидной, круговой и т. п.

В куттере Л5-ФКМ используются ножи серповидной формы.

Все они, по существу, являются клиньями, в которых различают геометрические элементы, показанные на рис. 4

      Опорная грань 1 — это плоскость, которой клин опирается о продукт и скользит по его массиву (еще не измельченной части).

Рабочая или лицевая грань 2 — поверхность клина, составляющая острый угол с опорной гранью; по ней скользит и ею направляется отрезаемая от массива частица продукта.

18. КП.271300-05._______.ПЗ

Лист

17

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

рис. 4

Угол заточки ножа α — двугранный угол между опорной и рабочей гранями ножа.

Лезвие 3 — режущая или рабочая кромка — теоретически — линия пересечения опорной и рабочей граней, в действительности — поверхность с очень малым радиусом кривизны r, сопрягающая опорную и рабочую грани, имеет по своей длине множество микрозубьев.

Острота лезвия — удвоенный радиус кривизны поверхности реального лезвия

p = 2r.

Наряду с геометрическими параметрами ножа, решающее влияние на эффективность процесса резания оказывает его кинематика, определяемая скоростями точек лезвия.

В общем случае скорость V любой точки лезвия относительно продукта переменна во времени и образует с лезвием острый угол, так что ее можно разложить на нормальную Vn и касательную Vt, к лезвию составляющие.

Угол между скоростью V точки лезвия и нормалью к нему в этой точке называется углом скольжения лезвия β.

Коэффициент скольжения

                                tg = = Kβ

18. КП.271300-05._______.ПЗ

Лист

18

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

При v = vn, когда vt = 0 и Kβ = 0, резание называют рубкой или резанием без скольжения, но правильнее — это ударная рубка, т. е. v = vn, — нормальное

резание, а при v ≠ vn, —  косое или наклонное резание.

Когда v = vt, т. е. vn, = 0 и Kβ = ∞ — резания нет.

Наклонное резание имеет перед нормальным большое преимущество, т. к. при нем значительно уменьшается нормальная к лезвию составляющая рабочего усилия на ноже, а это обусловливает меньшее смятие продукта и потерю им сока и пористости. Это объясняется действием нескольких факторов:

1. так называемая кинематическая трансформация угла заточки лезвия;
2. перенос части силы трения продукта о нож с нормального к лезвию направления на касательное;
3. пилящее воздействие микрозубьев лезвия на продукт.

Особенно существенно при Kβ > 2 .

Эффект кинематической трансформации угла заточки состоит в том, что при косом резании фактический или эффективный угол α* расклинивания продукта и отгибания частицы его от массива оказывается меньшим, чем конструктивный угол заточки ножа α.

Поскольку тонко заточенный (т. е. с малым углом заострения) нож легче внедряется в материал, трансформация α в α* обеспечивает снижение нормальной составляющей силы на ноже и все перечисленные преимущества наклонного резания.

Соотношение трансформированного и конструктивного углов заточки определяется формулой Г. Зеллергрена                    

                                                  tgα* = tgα·cosβ

Ножевая головка для куттера Л5-ФКМ состоит из 6 ножей против 4х ножей в традиционной головке.

Ножи изготовлены из нержавеющей стали 65Х13 (бритвенный класс стали), толщиной 3 мм.                                                                                                        

18. КП.271300-05._______.ПЗ

Лист

19

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Общая толщина ножевой головки составляет 3х6=18 мм против 6х4=24 мм в традиционной головке.                                                                                            Увеличение ножей до 6 штук позволяет:                                                                                            — сокращать время измельчения;                                                                                    — увеличить интенсивность измельчения;                                                                        — повысить качество измельченного фарша;                                                                       — снизить температуру нагрева фарша;                                                                                 — уменьшить потребляемую мощность

Расчет ножей на прочность

При внедрении лезвия в слой материала на его режущей кромке и в гранях возникают усилия, которые вызывают разрушение и износ лезвия ножа (рис. 2).

Режущая способность лезвия определяется не только углом его заточки а, но и остротой лезвия р = 2r (здесь r — радиус закругления лезвия).

Быстрое изнашивание и затупление лезвия приводят к возрастанию энергоемкости процесса резания.

Уменьшение режущей способности лезвия происходит также и за счет отламывания заточенной вершины лезвия в результате действия на нее изгибающих сил. Их

            рис. 5  неизбежно из-за отклонения реакции усилия резания от   

     биссектрисы угла заточки лезвия и неоднородности материала.

      На рис. 5 показана схема сил, вызывающих разрушение лезвия.

Расчётная схема резания ножа

При угле установки ножа γ реакция силы резания Р,  приложенная к кромке лезвия, отклонена от биссектрисы угла заточки на угол Ψ =

Сила резания Р разлагается на составляющие: нормальную Рn, направленную по биссектрисе угла

18. КП.271300-05._______.ПЗ

Лист

21

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

    Из геометрических  расчётов следует, γ = 25°, α = 37°, тогда

                       Pn =                (14)

                    Pn =2,099×103 · cos(43,5) = 1,522×103 н

          и перпендикулярную к ней Рк          

                   Pк =               (15)

                      Pк =2,099×103 · sin(43,5) = 1,05×103 н

Под действием Рк лезвие изгибается. Величина изгибающего момента в некотором сечении х-х на расстоянии y равна

                            МК=          (16)

      Примем y равным 2 мм, тогда

                            МК= 1,05×103 · 2×10-3 = 2,1 н·м

      Напряжение на изгиб в этом сечении

                                                                            (17)

                             н/м2

где W — момент сопротивления лезвия; h — толщина лезвия в сечении х-х;   b — длина лезвия.

         Из треугольника Осп  . 

                                      м (18)

           Тогда

                              (19)

18. КП.271300-05._______.ПЗ

Лист

22

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

                                          н/м2

Отсюда расстояние у, определяющее место излома кончика лезвия

      (20)

                                  [σи] = 125 = н/м2

                                                  м

     Где допускаемое напряжение на изгиб материала   ножа. Из треугольника Oab

        (21)

   м

          где r — радиус кривизны лезвия в месте излома. Учитывая, что    острота лезвия p =2r,

     (22)

      м

           Тогда условие стойкости лезвия к изгибу при выбранной его геометрии

                                              (23)

   1,253×105 н/м2

18. КП.271300-05._______.ПЗ

Лист

23

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата