автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Совершенствование конструкций режущего механизма машин для измельчения мяса

Г! Г *" ^ 3

Г ! О V ; 1 Могилевский

1 5 ДЬп Ьас

УДК 637.513.45.

технологический институт

БЕЗОХВОСТОВ ГЕШАДЯЙ ИВАНОВИЧ

ЮЗЕШЕИГГВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ РЕВУЩЕГО ЙЕХАШЗМА НАШ! ДЛЯ К>1^?ЬЧЕННЯ МЯСА

Специальность 05.02.13 - машины и агрегаты

V м Пр ц них ату «ши у * Л /

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Могилев - 1996

Работа выполнена на кафедре "Машины и аппараты пищевых производств" Могилевского технологического института.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор ГРУДАНОВ Е.Я.

Официальные оппоненты: .. . доктор технических наук,

профессор ГЛУЩЕНКО Л.Ф.

кандидат технических наук' ЛЕВАВДОВСКИЙ С. Р.

Оппонирующая организация - . Белорусский научно-иссле-

довательский, конструктор--ско- технологический-инсти^ тут мясной и молочной промышленности (г.Минск).

Защита состоится " 5 " декабря 1996 г. в 14-00 на заседании совета, по защите диссертации К 02.17.01 в Могилевском технологическом институте по адресу: 21202?, Республика Беларусь, г.Могилев, пр-т Шмидта, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Могилевского технологического института.

Автореферат разослан " " /-¿<24^^ 1396 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций

ИШ-

ПИСКУН т.н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность пробдеыы. На предприятиях массового питания и мясной промышленности при выработке котлет, пельменей, мягких полуфабрикатов, мясных хлебов и колбас широко применяются машины для измельчения мясного сырья; мясорубки и волчки. Независимо от производительности (20. ..4500 кг/ч) машины для измельчения мяса имеют одинаковый принцип действия и, как правило, снабжаются комплектом режущего механизма, состоящего из набора неподвижных перфорированных .решеток и вращающихся многоперых нажей, установленных между собой в определенной последовательности.

Несмотря на многолетний опыт создания и эксплуатации шсору-

Лгн* и ■агипгагоа и* т\л*ш\пт*йг иочпииои 'лтгт ""^ ^

--------, --- - ■ (■ - ~ 1 «^««.Н. иуи Г I 1 Т'»

недостатков, которые не позволяют осуществлять процесса измельчения с наименьшим расходом электроэнергии при достижении высокого качества готового продукта.

Известная практика конструирования режущего механизма, основанная на широком использовании приближенных методов расчета с применением большого числа эмпирических коэффициентов и уточняющих поправок, не отражает реальные процессы, протекаодие в рабочей камере: резание ножом и продавливание сырья через перфорированную ножевую решетку; специфику свойств мяса, возмущающее действие со стороны вращающихся незлей, взаимосвязь геометрических параметров ножевых решеток и ножей, рост гидравлического сопротивления при движении сырья через систему ножевых решеток и т.п.

Кроме того, иа-аа иглтгиталиякия ияптниу иетплт^ отсутствия единых подходов системного модульного принципа конструирования, невозможным становится унификация режущего механизма для всего типоразмерного ряда мясорубок и волчков.

Отсюда вовникает необходимость в разработке новых теоретических подходов и создании универсального метода расчета рабочих органов с высокими эксплуатационными и энергетическими характеристиками.

Цель и задачи исследовании. Целью диссертационной работы является разработка теоретических положений конструирования режущего механизма мясорубок и волчков, обеспечивающего достижение наибольшей производительности при наименьших удельных энергозатратак и высоком качестве измельчаемого сырья.

Даш достижения поставленной цели ставились и решались следующие задачи:

- установить основные закономерности и определить факторы, взаимосвязанно влияющие на повышение эффективности работы режущего механизма;

- разработать математическую модель для расчета параметров перфорации ножевых решеток;

- исследовать влияние параметров перфорации и толщины ножевых решеток на основные показатели работы машины;

- разработать методы и средства экспериментального исследования рабочих параметров режущего механизма;

- разработать инженерную методику и номограмму для расчета параметров унифицированного режущего механизма;

- разработать эскизную и конструкторскую документацию на но-

тОХашдемя КоГСТи2ж*7*> ОПЫхИсго ОироЭцо! И ирОястСхм лоиСг" раторные и производственные испытания мясорубок и волчков с модернизированными рабочими органами.

Научная новизна полученных результатов:

- дано дальнейшее развитие теории конструирования рабочих органов машин для измельчения мясного сырья с использованием закона "золотой" пропорции и свойств математического ряда чисел Фибоначчи;

- с учетом деформационного поведения мясного сырьн разработана математическая модель перфорированной ножевой решетки;

- создана новая инженерная методика и номограмма для определения геометрических параметров режущего механизма для всего ти-поразмерного ряда мясорубок и волчков;

- Ч1аг\пд|рштдои|оа л/яд д*ог Г»рСг<*ГгмСД«ГГ—

ности машины; получены формулы для расчета геометрических параметров режущего механизма как единой взаимосвязанной системы;

- теоретически обоснована и экспериментально доказана необходимость уменьшения толщины ножевых решеток по ходу движения измельчаемого сырьн при одновременном увеличении их наружных диаметров;

Практическая значимость подученных результатов.- Разработана новая инженерная методика и номограмма для расчета унифицированного режущего механизма.

Разработана конструкторская документации на новый режущий механизм мясорубки типа МИМ и волчков типа МП-160 и К6-ФВЗП-200, которая передана Барановичскому ПО "Еелорусторгмаш" для внедрения в производство.

Созданы аксперимвнталь ные опытные образцы режущего механиа-

«а, которые прошли производственные испытания на Витебском мясокомбинате ПО "Витебокмясомсшпроы" (приказ М268 от 21.09.94г.), на Московском мясокомбинате промыяшенно-торговой компании "Агропрод- ■ маш" (приказ №176 от 3.06.94г.) и в столовой №?б Могшгевского комбината общественного питания Ш. "Лавсан".

Экономический эффект от внедрения результатов исследований на ПО "Еелорусторгмаш" составил 1 919950 рублей (в ценах октября 1993г.).

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- предложена теория конструирования режущего механизма машин для измельчения мяса с использованием свойств "золотой" пропорции и математического ряда чисел Фибоначчи, на основе которой разработана шмрнетяв Цотптяга ОПРСДСЛСНЯЯ ГСС»гтр«-«С*йл п №ини~ тругегивных параметров рабочих органов мясорубок и волчков;

- получена математическая модель ножевой перфорированной решетки, позволяющая получать одинаковое значение коэффициента перфорации по всей рабочей поверхности;

- уточнена формула для определения теоретической производительности мясорубки и волчка; получены формулы для определения диаметра отверстий перфорации, их количества и толщин ножевых решеток во "взаимосвязи между собой;

---------разработана новая конструкция режущего механизма и оптимизированы его конструктивные элементы, что позволило получить наибольшую производительность машин при снижении удельных энергозатрат и повышении качества измельчения;

- оазоайотанз номогряммя лля г-г.ддененин гес-метрл^осгшх па раметров ножевых решеток всего типоразмерного класса мясорубок и волчков.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты исследований, включенные в диссертацию, докладывались: на XIII научно-технической конференции МТИ (Могилев, 15-1Б апреля 1993г.) я на международной научно-технической конференции "Научно-технический прогресс в пищевой промышленности" (Могилев, 22-24 ноября 1995г.), а также экспонировались на республиканской выставке "Наука высшей школы - национальной экономике". Пищевая промышленность. Минск, февраль 199Бг. (БЕЛВУЗНАУКА-95).

Опубликованность результатов. По теме диссертационной работы опубликовано шесть научных работ, из которых одна статья в научно-производственном журнале и два патента на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы (92 наименования), 9 приложений. Работа издалека на 165 страницах машинописного текста, включает 35 рисунков, 6 таблиц и 49 стр. приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕНКАНИЕ РАБОТЫ '

Во введении обоснована актуальность исследовании, сформулированы цель и научные положения, определены задачи исследований.

В первой главе отражены вопросы, касающиеся особенностей • эксплуатации мясорубок и волчков на предприятиях массового питания и мясоперерабатывающих заводах, технические требования, предъявляемые к ним, анализ современных тенденций в совершенствовании конструкций режущего механизма, выполнен литературный обзор существующих отечественных и зарубежных аналогов, намечен общи план теоретических и экспериментальных исследований.

Анализ современных тенденций в конструировании режущего механизма машин для измельчения продуктов показал, что в настоящее время разработка повой техники осуществляется, как правило, на

rviwrmA пЛгойГГГШаиятшу w.irjn/ttnnrmt«jrv пяяпи ттг\оттгтт1пч**готг*.tít-jv тгипд*

R5, RIO, R20, R40 и R80 и их производных: Ra5, RalO, Ra20, Ra40 и RaSO. Международные ряды предпочтительных чисел являются также первоосновой для разработки международных фирменных стандартов. Так, в частности, сегодня в Европейском сообществе общепризнан шведский стандарт 'Тастро-норм" на торгово-технологическое оборудование предприятий массового питания и пищевой промышленности.

Согласно определения, предпочтительные числа представляют собой систему параметрических десятизначных рядов чисел, построенных по геометрической прогрессии со знаменателем

q - 'Ив; (1)

где п=5, 10, 20, 40, 80, ... - номера рядов, безграничных как в большую, так и в меньшую сторону и обладающих свойствами, которые позволяют применять их .при выборе основных и базовых размеров, параметров и характеристик изделий.

Для рядов предпочтительных чисел RS, RIO, R20, R40 и R8G значения знаменателей геометрической прогрессии соответственно равны: Q5 = ^10" =1,60 (R5) ; qio=VÍ0~ = 1,25 (RIO); q20 =YiÖ"« - 1,12 (R20); q4o=yiÜ"- 1,06 (R4Q); q80=^Í6"= 1,03 (ISO).

Вместе с тем, модульные размеры системы 'Тастро-норм" построены на значении знаменателей геометрической прогрессии рядов

К5, И,0, иго, Ш И К80.

С другой стороны значения знаменателей геометрической прогрессии рядов 1?5... Ш) практически совпадают со значением "золотой" пропорции Ф=1,618... и ее производными:

1^5=1,272..., у®=1,126..., |ф=1,062... и т.д. Таким образом установлено, что теоретической первоосновой рядов ..Й80 и, соответственно, стандарта "Гастро-норм", является значение "золотой" пропорции и ее производные, при этом само определение "золотой" пропорции определяется, как одно из важнейших свойств математического ряда чисел. Фибоначчи. Этот ряд имеет вид: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, .... Здесь ап+1 233 144 89 55

пт -»-=-» — = — = 1, ын «= щ - значение "золо-

а^ 144 89 55 34 той" пропорции.

Вторая глава посвящена разработке теоретических основ конструирования режущего механизма, в частности, основное внимание было уделено совершенствованию конструкций неподвижных перфорированных ножеЕых решеток, так как именно они по сравнению с вращающимися ножами имеют наименьшее проходное ("живое") сечение и, следовательно, наибольшее гшшавлическое сотэотивление при движении мясного сырья в рабочей камере.

Эффективность решетки определяется коэффициентом полезности (эффективности, перфорации), т.е.

Зотв

К - - , (2)

3

где Бота ~ площадь отверстий перфорации ножевой решетки; 3 - площадь рЗииЧ£й поверхности НОЖеВОи решсТКИ. В работе исследовалось влияние различной формы отверстий перфорации ножевой решетки (треугольные отверстия, квадратные, шестиугольные и круглые) на коэффициент эффективности. Сравнение решеток по коэффициенту полезности показывает, что наибольшее значение этого коэффициента имеет место в решетке с шестиугольными отверстиями. Однако технологически изготовить ножевую решетку с шестиугольными отверстиями крайне сложно.

По этой причине в промышленных мясорубках и волчках применяются решетки с круглыми отверстиями и в этой связи дальнейшие исследования будем проводить с ножевыми решетками, отверстия з которых выполнены в виде круга.

Основной конструктивный недостаток серийной ножевой решетки

- коэффициент перфорации уменьшается по мере расположения отверстий от центра к периферии, что обусловлено ромбическим расположением круглых отверстий. При этом, как правило, внешний контур отверстий перфорации имеет вид правильного шестиугольника.

В серийных конструкциях расстояние от центра решетки до вершин шестиугольника (центров граничных отверстии) равно внешнему радиусу ножа. Но нож, как известно, совершает вращательное движение и траектория движения конца лезвия ножа является описанной окружностью шестиугольника. При этом серийная решетка имеет 6 сегментов, не заполненных отверстиями. В них мясное сырье испытывает дополнительную деформацию, но не срезается. А это ведет к дополнительной дестабилизации потока, мятию, потере клеточного

ЗО^ГЪС^) ^ЛЛ/Т^р Ж^^^ласым!»Си иии^/иАиИЛХЛ Ц х >|Ц* /Л СТС/ ОН*1 ХиМ}

что коэффициент перфорации на периферийном слое самый минимальный (уменьшается от центра к периферии). С целью устранения отмеченного недостатка отверстия перфорации необходимо располагать по концентрическим окружностям, принимая во внимание, что режущие кромки ножей при своем вращении описывают окружность.

С учетом вышеизложенного была разработана расчетная модель ножевой перфорированной решетки, суть которой сводится к следующему: рабочая поверхность решетки разбита на условные концентрические кольца; отверстия перфорации расположены на центральных радиусах этих колец; коэффициент перфорации каждого кольца одинаков.

Для решения этой задачи используем свойства чисел, известных в литературе под названием ряда Фибоначчи. Уникальное'свойство

ТТГn TT 1-1» t

с третьего, равно сумме двух предыдущих. В общем виде эта закономерность может быть выражена следующим образом:

an+2 = an+i + an при п>1 (ai=l, аг=1) . (3)

Уравнение (3) представляет собой разностное уравнение второго порядка. Его общее решение млеет вид: .. .

an = Aqin_1 + Bq2n_1 , (4)

где qi=(nyf?)/2; q<z=(l-\/%)/2\ А и В - произвольные постоянные.

Так как ai=a2=l, то А= 0/5+1)/2^ и В=(/S-l)/2^5 . Тогда

1 U/S п 1-(/5 г

ап -- (-) - (-)

|/5 L 2 2

при п>1 . (5)

По определению "золотого" сечения ("золотой" пропорции) имеем

ап+l ((lV5)/2)n+1 - ((l-^)/2)n+1 1-tyf

а = lim-- lim---. (6)

^ n-"00 C(nyS)/2)n - ((l-|/S)/2)n 2

йэ (6) следует, что отношение двух соседних чисел ряда Фибоначчи в пределе составляет 1+/5"

Ф = - = 1,6180 .

2

Разобьем теперь решетку на кольца окружностями, радиусы которых определяются по формуле:

Ri - C^-Ro , i=l;2; 3; 4; 5; где Rq - радиус центрального отверстия.

Отметим, что отверстия располагается на центральных радиусах кзйдого колшца. При ьшл Ояёдуат, чти ирояускная спосооность любого кольца будет примерно одинаковой, если выбирать количество отверстий в каждом кольце равным соответствующему числу Фибоначчи. Действительно, пропускная способность i-ro кольца с числом отверстий an равна a^fo

Ki.n •

2

где ^яга" - площадь отверстия. Соответственно для (1+1)-го кольца с числом отверстий ап+1 имеем

ап-и/о

¡4+1. П+1 =

% 2

it(R1+i -Ri)

По условию Kj, rH^i+l, n+l- Отсюда получаем

„ . о* . о* «l+ir^ »(„а,

-II-rJL 'Hfl «Ч W 143 * 'Ч>

ап К? - ф'Яо - Ф1-1^

Таким образом, чем больше число отверстий ап в кольцах, тем точнее будет соблюдаться условие К4,п = Кц-!, п+1 и, тем самым, будет уменьшаться гидравлическое сопротивление решетки.

Обобщив вышеизложенное, была предложена следующая схема перфорированной ножевой решетки (рис.1).

Ножевая решетка мясорубки выполнена в виде диска 1 постоянной толщины с плоской рабочей перфорированной поверхностью, о центральным посадочным отверстием 2 и круглыми отверстиями 3, расположенными рядами по концентрическим окружностям.

Рабочая поверхность диска решетки условно разбита на кок-центрические кольца 4, на центральных радиусах 1?пц которых расположены круглые отверстия. На торцевой поверхности диска выполнен

= Ф

шпоночный паз 5. Радиусы концентрических условных колец определяются по формуле:

Кп=(1,272)п*Ко , п - 1, 2, 3, 4... , (7)

где п-порядковый номер условного кольца; Но -радиус центрального посадочного отверстия; Нп -наружный радиус п-го условного кольца.

Количество отверстий в каждом ряду определяется по формуле: 2п+1=Ш,618)-гпЗ , п - 1, 2, 3, 4... , (8)

где квадратные скобки обозначают целую часть числа; гп~ коднчест-

тиями (по патенту № 2047368 (РФ), МНИ В02С 18/30 "Решетка к измельчителю мясо-костного сырья")

1 - диск; 2 - центральное (посадочное) отверстие; 3 - отверстия перфорации ножевой решетки; 4 - условные кольца, на которые разделена рабочая поверхность ножевой решетки; 5 - шпоночный паз; с!о- диаметр отверстий; 2п-количество отверстий на п-ом радиусе условного кольца; ^-радиус центрального (посадочного) отверстия; IVрадиус п-ого условного кольца; центральный радиус п-ого условного кольца; 1?н-наружный радиус последнего условного кольца.

Выполнение условия (7) обеспечивает пропорциональное увеличение площади рабочей поверхности диска решетки по мере увеличения радиуса расположения отверстий. Выполнение условия (8) обеспечивает пропорциональное увеличение "живого" сечения рабочей поверхности диска по мере увеличения радиуса расположения отверстий

на центральных радиусах Кпц условных колец.

Таким образом, имеет место одинаковое значение пропускной способности решетки и одновременное выравнивание давления мясо-костного сырья по всей площади рабочей поверхности диска. А это гарантирует более качественное измельчение сырья и повышение эффективности работы устройства.

Теоретическая производительность машины для измельчения мяса определяется по формуле

От = Го^о-р-ф , (9)

гд® <~о - суммарная площадь отверстий в первой (подрезкой) кодевой решетке, ближайшей к шнеку, м2; ч0 - скорость продвижения продукта черев отверстия в ножевой решетке, м/с; р - плотность продукта, ЛГ/™3; ¥ КСЗффыЦНсН! ИСПОЛЬоиасиигл Гшиицздп и'гьирыий цуряоЙ ножевой решетки.

Однако, анализ конструкции режущего механизма показал, что суммарная площадь отверстий (проходное сечение) всех трех решеток разное, причем наибольшее значение ее имеет подрезная решетка, а наименьшее - выходная и эта разница составляет 20...25%. По этой причине формула (9) не отражает реальную производительность машины. С «дугой стороны проходное ("живое") сечение рабочей камеры должно быть одинаковым. Для достижения этой цели были проведены специальные теоретические исследования.

Параметры перфорации подрезной, приемной и выходной ножеЕЫх решеток должны быть взаимоувязаны между собой, и только в атом случае мы можем получить равенство проходных сечений, т.е.

'и " 1 1 ~ 1 а - 'лл^1' ,

где Гп - площадь проходного сечения подрезной решетки, м2;

р! - площадь проходного сечения приемной решетки, м2;

?2. - площадь проходного сечения выходной реш.этки, м2.

Предварительно свяжем между собой параметры перфорации приемной и выходной ножевых решеток.

Диаметры отверстий в приемной и выходной ножевых решетках связаны между собой соотношением:

= 1,618'€¡2 , (10) где - диаметр отверстий приемной ножевой решетки;

с1<2 - диаметр отверстий выходной ножевой решетки;

1,618 - коэффициент пропорциональности.

При этом количество отверстий в приемной и выходной 22 ножевых решетках связаны между собой уравнением

2г=С2,618-21] , (И)

где квадратные скобки обозначает целую часть числа;

2,618 - коэффициент пропорциональности, равный значении "золотой" пропорции в квадрате. Далее расчеты ведем от геометрических параметров подрезной решетки Кй^2 4ГП

Рп " - ?г ИЛИ Рп - ■= 21- И 21«=-—

4 я <112 .

Окончательно г Рп ■

21= 1,272 - , (12)

I

•где 1,272 - коэффициент пропорциональности, равный /1,618.

Расчеты показали, что для достижения условия;при котором Гп»

—17£-ССПЗо , ^иймййшС/ ТшГЬКй Ъ Юш Слдуносг, сила уоеличлиать 4шг

ружные диаметры ножевых решеток по ходу движения продукта. Ори этом корпус рабочей кайеры получается ступенчатым, т.е. расширявшимся к выходу.

Тогда Р1°1,272-Рп й Рг«1,272-Р1 ,_

где Юп-наружный диаметр подрезной решетки, и; [^-наружный диаметр приемной решетки, м; Оа-наружный диаметр выходной решетки, м. .

В результате проведенных исследований формула (9) будет иметь вид

От - Р-Уо-р'« , (12)

где Р - площадь проходного сечения любой ножевой решетки, м2.

В серийных конструкциях режущего механизма подрезная, приемная и выходная ножевые решетки имеют одинаковую толщину. Однако, при уменьЕйн¡я диаметра :: уЬслгчсгпк ксгячгстга при.

неизменной толщине решетки резко возрастает ее гидравлическое сопротивление, при этом гидравлическое сопротивление выходной решетки значительно больше гидравлического сопротивления приемной, в основном за счет резкого возрастания линейных сопротивлений.

Приемная и выходная ножевые решетки должны иметь одинаковое гидравлическое сопротивление. Общие потери давления Но в канале постоянного диаметра определяются как сумма линейных и местных сопротивлений

Но - Нл + Нм , Па , (13)

где Нл - линейные потери, давления, Па;

Нм~ потери давления на местные сопротивления, Па.

Проходные ("живые") сечения новых решеток одинаковые, поэтому можно принять, что местные сопротивления для приемной и выходной решеток равны между собой. В этой связи рассмотрим только ли-

некные потери давления при движении сырья черев решетки:

- для приемной решетки Ья

Щд(1) = XI*-X-хр1*21 ;

dl 2

- для выходной решетки Ьг ча2

Ил (2) = -*-*Р2*22 ,

йг 2

где X - коэффициент трения; Ь - толщина решетки (длина канала), м; с! - внутренний диаметр канала (отверстия), м; уг - скорость движения сырья, м/с; р - плотность сырья, кг/м3.

Принимаем, что: щ = яг ; Р1 = р2 ; = .

Н/Ч чгтггтогпп . — VII *~-

--л------VI Ч А > - —ЧЦ^ ■ »"Я»

Ь1 Ь2

-Х21 « -¿22 .

dl d2

С другой стороны

Z2

21 и i -] j а di - l,B18xd2

Окончательно имеем

2,818 bl

Ьг =- . (14)

4,236

Были проведены также специальные теоретические исследования

ПЛЯ УПТЛНОВЛйНия яяяиг.имппти ипяАфшшоифя HCi!L22CÜ JJC-

шетки от формы расположения отверстий в ней по различным типам спиралей (гиперболическая спираль, логарифмическая спираль, архимедова спираль).

Из трех рассмотренных вариантов построения отверстий перфорации ножевых решеток по спиралям только архимедова спираль наиболее полно отвечает предъявляемым требованиям: достигается наиболее равномерное расположение отверстий по всей рабочей поверхности ножевой решетки. В этом случае площадь "живого" сечения решетки по сравнению с расположением по концентрическим окружностям увеличивается при всех прочих равных условиях на 10-12%. Однако, принимая во внимание сложность изготовления отверстий по архимедовой спирали, наилучшие результаты достигаются при расположении круглых отверстий перфорации по концентрическим окружностям.

В третьей главе разработана схема экспериментального стенда,

программа и методика испытаний опытных образцов режущего механизма, проведена оценка погрешностей измерения, представлены результаты экспериментальных исследований.

Основу стенда составляла серийная мясорубка МИМ-300, подключенная к источнику электроэнергии и контрольно-измерительным приборам.

На данном экспериментальном стенде были исследованы следующие варианты режущего механизма: серийный режущий механизм (вариант 1); новый режущий механизм, установленный в серийный корпус при одинаковой толщине ножевых решеток (вариант 2); новый режущий механизм, установленный в ступенчатый корпус с ножевыми решетками, толщина которых уменьшается по ходу движения продукта в рабочий кямрпр 1пяптяп-р Я)

Для моделирования свойств фарша (при проведении эксперимента) но рекомендациям В: Д. Косого использовалась трехкомпояентная система "глина-вода-опилки", смешанных в определенной пропорции.

. На рис.2 представлены результаты сравнительных испытаний мя-. сорубки типа МИМ-300.

Произьолительность различных

Тип комплектации

Рис.2. Результаты сравнительных испытаний мясорубки МИМ-300

Из рис.2 видно, что производительность мясорубки типа МИМ-300 с новыми ножевыми решетками (второй вариант) на 10...12Х выше по сравнению с серийным вариантом. В то же время увеличение наружного диаметра выходной решетки (третий вариант - ступенчатый корпус с новыми ножевыми решетками) позволяет повысить производи-

телькость мясорубки еще на 12... 15%. В конечном итоге производительность мясорубки с новым режущим механизмом повышается в среднем на £5...ЗОХ по сравнению с серийным вариантом.

Этот же результат был подтвержден при заводских испытаниях промышленного волчка типа К6-ФВЗП-200 на Витебском мясокомбинате.

Были проведены экспериментальные исследования по установлению влияния толщины ножевых решеток на основные показатели работы машины. Результаты показали, что уменьшение толщины решетки весьма положительно влияет на работу машины и повышает ее производительность на 15%.

' В четвертой главе представлены результаты обработки, анализа и обобщения экспериментальных исследований, проведена проверка ргс^ста тгоргткческон йриповидмжелоиоити реальному процесс у, разработана новая инженерная методика и номограмма для расчета геометрических и конструктивных параметров режущего механизма мясорубок и волчков всего типоразмерного ряда с использованием ^системы предпочтительных чисел.

Одним из основных энергетических показателей, характеризующих процесс измельчения мяса, является удельный расход энергии.

Экспериментальные исследования показали, что удельный оасхон энергии мясорубки типа МИМ-300 с новым режущим механизмом на 35.. .40% ниже по сравнению с мясорубкой, оснащенной серийным режущим механизмом. При этом следует отметить, что удельные энергозатраты мясорубки, оснащенной ножевыми решетками, толщина которых уменьшается по ходу движения продукта в рабочей камере, на 35£ иеи-кто^ дай у оо серийно шлг/с::лс:.:сгс диалога.

Результаты сравнительных испытаний мясорубки представлены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты сравнительных испытаний мясорубки

' - Г......г | Вариант 1 | ' 1 1 1 Вариант 2 | 1 Вариант 3

1 1 Производительность, кг/ч 1 1Б6 | 1 1 I 186 | 204

1 1 Удельные энергозатраты,Дж/кг! 1943 | * 1 1 1630 | | 1114

На основе проведенных исследований была разработана схема нового режущего механизма (рис.3) и разработана инженерная методика расчета его геометрических и конструктивных параметров.

Рис.3. Схема модернизированного режущего механизма (по патенту , №928 (РБ), МКИ В02С 18/30 " Устройство для измельчения продуктов")

Для определения параметров предложенной новой конструкции режущего механизма была разработана номограмма, представленная на рис.4.

т

№ зпг&йэц мш-ьоо мш-ьоо

Т№)

МП-ПВО

■опт»

М'ПЪП-ЕОО

■8к№ % г

§ си

I §

В,Ф!>),1тм

Рис.4. Номограмма для определения параметров режущего механизма В пятой главе представлены результаты внедрения и промышленной апробации перспективных конструкций нового режущего механизма.

ВЫВОДЫ

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют получить следующие научные и практические результаты:

1. Разработаны теоретические основы конструирования режущего механизма машин для измельчения мяса, получена математическая модель перфорированной ножевой решетки, дано дальнейшее развитие теории конструирования рабочих органов машин для измельчения мясного сырья с использованием закона "золотой" пропорции и свойств математического ряда чисел Фибоначчи.

2. Предложенная новая принципиально-конструктивная схема режущего механизма машин для измельчения мяса позволяет получить наибольшую кроисшодит&явноелв машины при наименьших энергозатратах' и высоком качестве измельчаемого продукта. Конструкция режущего механизма защищена двумя патентами РФ и РБ. Серийные мясорубки и волчки без излишних трудозатрат могут быть переоснащены новым режущим механизмом.

3. Разработана новая инженерная методика конструирования режущего механизма, основанная на исследовании закономерностей "золотой" пто&оиши и чисел ряда Фибоначчи. Последнее поэвсшяет унифицировать режущий механизм для всего класса мясорубок-и волчков и интегрировать вновь создаваемые машины в мировую систему конструирования новой техники.

4. Уточнена формула для определения теоретической производительности мясорубки; получены'^теоретические""формулы дога определе-

п!Г1л Дарамс'Троь перфорации пиленых решеток, их каруткых диБгавтриВ и толщин. Установлено и обосновано, что толщины ножевых решеток по ходу движения сырья должны уменьшаться, а их наружные диаметры должны увеличиваться.

5. Исследованы различные- варианты формы отверстий перфорации: треугольные, квадратные, шестиугольные и круглые. Максимальная упаковка отверстий в ножевой решетке достигается тогда, когда отверстия выполнены в виде "правильного шестиугольника. Изучены различные варианты расположения круглых отверстий на рабочей поверхности ножевых решеток. Максимальный коэффициент перфорации (использования) достигается при расположении отверстий по архимедовой спирали ограниченной длины. Для практических целей рекомендуется концентрическое расположение круглых отверстий в ножевой решетке.

6. Впервые установлена теоретическая взаимосвязь геометри-

ческих и конструктивных параметров подрезной, приемной и выходной ножевых решеток на основе закономерностей "золотой" пропорции и свойств ряда чисел Фибоначчи, что поаволило на 20...25% повысить производительность машины при стабильности энергозатрат и улучшении качества измельчения.

7. Разработана номограмма для определения основных геометрических параметров ножевых решеток для всего типоразмерного ряда мясорубок и волчков.

8. Разработана конструкторская документация на мясорубку типа ШМ-300М с новым режущим механизмом. Изготовлены и успешно -прошли испытания опытные образцы режущего механизма машин типа МИМ, Ш-1-160 и К6-ФВЭП-200. Техническая документация на новый режущий механизм передана для серийного внедрения на ш "Ьелорус-торгмаш". Экономический эффект от внедрения результатов исследований на Барановичском ПО "Белорусторгмаш" составил около 2 млн. рублей в год (в ценах октября 1993г.).

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. TKAUPBA Jf. Т. _ КАЛПХЯЛПТПЯ Г.IT. МРТПЛИКА ПАГТЦАТЯ пяпамотпгт

перфорации ножевых решеток мясорубок // Тез. докл. XIII науч-но~технической конференции МТй. -Могилев, 1993. -С. 132.

2. Груданоз В.Я., Белохвостое Г.И. Мясорубки с новым режущим инструментом //Питание и общество.- 1994.- № 3.- С.32.

3. Белохвостов Г.И. Совершенствование конотругащй ножевых решеток для измельчения пищевик продуктов. // Научно-технический прогресс в пищевой промышленности. Тез. докл. Междунар. на-

"уч.-техн.конф. 22-24 ноября 1995.- Могилев, 1995.- С.101.

4. Белохвостов Г.И. Совершенствование конструкций ножевых решеток для измельчения мясного сырья// Тез. докл. межрегиональной научно-практической конференции "Пищевая промышленность - 2000". - Казань, 1996. - С.154-155.

5. Патент 2047368 РФ, МКИ В02С 18/30. Решетка к измельчителю мясо-костного сырья / Груданов В. Я., Мань ко А. П., Иванцов В. И., Белохвостов Г.И. (РБ). - »92006177 / 33; Заявлено 16.11.92; Опубл. 10.11.95, Бюл. »31.- 6с.

6. Патент 928 РБ, МКИ В02С 18/30. Устройство для измельчения продуктов/ Груданов В. Я., Иванцов В. И., Мань ко А. П., Павлов М.Я., Белохвостов Г.И. (FE).- №320А; Заявлено 27.05.93; Опубл. 15.12.05. - 11с.

РЕЗЮМЕ

Белохвостов Геннадий Иванович Совершенствование конструкции режущего механизма машин для измельчения мяса

МЯСОРУБКА, ВОЛЧОК, РЕЖУЩИЙ МЕХАНИЗМ, НОЖЕВАЯ РЕШЕТКА, ПЕРФОРАЦИЯ, РАБОЧАЯ ПОВЕРХНОСТЬ, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ, КОЭФФИЦИЕНТ ПЕРФОРАЦИИ, ЗОЛОТАЯ ПРОПОРЦИЯ, ЧИСЛА ФИБОНАЧЧИ, ТЕМПЕРАТУРА, ДЕФОРМАЦИЯ

Машины для измельчения мяса - мясорубки и волчки, являются одним из основных видов технологического оборудовали на предщж-ятиях массового питания, мясокомбинатах и мясоперерабатывающих заводах при производстве котлет, сосисок, сарделек, колбас и т.п.

Режущий механизм серийно выпускаемых мясорубок и волчков имеет значительное гидравлическое сопротивление, что обусловливает его преждевременяый-износц—повышенные-энерговатраты-и—низкое-качество измельчаемого сырья.

Цель работы - разработка теоретических основ конструирования *

НОВОГО Рёжушего мехяиияма V иоттики тгпст огрсдсл-пгг: его геелгх' ричеоких и конструктивных параметров, получение математической модели перфорированной ножевой решетки, уточнение формулы для расчета производительности, создание новых конструкций режущего механизма с улучшенными энергетическими и эксплуатационными показателями.

На иимиие проведенного комплекса теоретических и экспериментальных исследований получена принципиально новая конструкция унифицированного режущего механизма для мясорубок и волчков, которая по всем основным своим характеристикам превосходит серийно выпускаемые отечественные и зарубежные аналоги.

Математическая модель ножевой решетки позволяет получить постоянное значение коэффициента перфорации на всей ее рабочей поверхности и пригодна для всего класса мясорубок и волчков, и может быть использована в других областях техники.

Результаты проведенных исследований внедрены на Барановичс-ком Ш "Белорусторгмаш" при производстве мясорубок типа МИМ-60, МИМ-100, МИМ-300 и МИМ-600, и прошли промышленную апробацию применительно к волчкам типа МП-1-160 и К6-ШЗП-200 на Витебском мясокомбинате ПО "Витебскмясомолпром" и Московском мясокомбинате Российской торгово-промышленной компании "Агропродмаш".

РЗЗЙМЭ

Белахвостау Генадаш 1ванав1ч Удасканаленне конструкций рзжучага механ1зму машын для драбнення мяса

МЯСАРУБКА, ВАУЧОК, РЭЖУЧЫ MEXAHI3M, НАДАВАЛ РАШОТКА, ПЕРФА-

РАДЫЯ, РАБОЧАЯ ПАВЯРХОУНАСЦЬ, ПРАДУКЦЫЙНАСЦЬ, КАЭФ1ЦЫЕНТ

ПЕРФАРАЦЫ1, ЗАЛАТАЯ ПРАПОРЦЫЯ, JIIKI Ф1БАНАЧЫ, ТЭМПЕРАТУРА,

ДЭФАРМАЦШ -

Машыны для драбнення мяса - мясарубк! i ьаучкх, з'яуляюццз вдным а асноуных вхдау тэхналаг1чнага абсталявання на прадпрыемс-твах масавага харчавання, мясакамб1натах i мясаперапрацоучых заводах пры вытворчасвд катлет, cacicaK, сардэлек, каубас i да т.п.

Рэжучы механ1зм серыйна выпускаемых мясарубак i ваучкоу мае значнае гхдраулхчнае супращуленне, што абумоул!вае дачасны зное, павышаныя анергаватраты i н!зкую якасць здрабняемай сырав1ны.

Мэта работы - распрацоука тэарэтычных асноу канструяв'ання новага оэжучага механт дш/ i д na shsse'ic::::.': пгс res^sx

рычных i канструктыуных параметрау, атрыманне матзматычнай мадэл1 перфарыраванай нажавой pamoTKi, удакладненне формулы для разл1ку прадукцыйнасщ, стварэнне новых канструкцый рзжучага мехашаму з палепшаным! зкергетычнымх i эксплуатацуйньш паказчыкам!.

На аснове праведвеннага комплексу тэарэтычных i экспериментальных Дайдедйшденяу атрымана прынцыпова новая канструкцыя ун1-ф!цыраваннага рзжучага механизму для мясарубак i ваучкоу, якая па yciM асноуным свагм пакагчыкам перавышае серыйна выпускаемый аи-чынныя i замежныя аналатг.

Матэматычная мадэль нажавой paaioTKi даэвааяе атрымаць паотаг яннае значэнне казф1цыента перфарацы! па усёй яе рабочай павярхо-унасщ i прыгодна для усяго класу мясарубак i ваучкоу, i мажа быць выкарастана у другхх raaiHax tbxhíkí.

_Bhhíkí праведзенных дасдедаванкяу__укаран9ны на .Баранав1чск1м

ВА "Беларусгандльмаж" пры вытворчвещ мясарубак тыла МИМ-60, МИМ-100, МИМ-300 i МИМ-600 i npaitami прамысловую апрабацью у пры-мяненн! да ваучкоу тылу МП-1-160 i К6-ФВЗП-200 на В1цебск1м мяса-камб!наце ВА "Вщебскмясамалпрам" i Маскоускам мясакамб1наце Pací йскаи гандлёва- прамысловай кампанп "Аграпрадмаш".

RESUME Gennadiy Belokhvostov

Improvement of the cutting mechanism constructions for meat grinding machines

MEAT GRINDER, WOLF, CUTTING MECHANISM, KNIFE GRATE, PERFORATION, WORKING SURFACE, PRODUCTIVITY, PERFORATION'S COEFFICIENT, THE GOLDEN PROPORTION, FIBONACCI NUMBERS, TEMPERATURE,

DEFORMATION

?»fachines for meat grinding1- meat grinders and wolfs- are primary- kinds . of technological equipment on public nutrition enterprises, meat-packing-plants and meat-processing' plants in production of cutlets, ?.'icr.cr", ircr.hiurtsrs and the like.

The cutting mechanism of the serial producted meat grinders and wolfs has a significant hydraulic resistance, that causes their premature wear, increasing of energy expenses and the low duality of the grinded stock.

The work aims are working out, of new cutting mechanism design theoritical basises and it's geometric and constructive parameters determination methods, getting of mathematical model of perforated knife grate, precisement of the formula for productivity determination, a new construction creation of cutting mechanism with better energy and operating indexes.

On the basis of a complex of theoretical and experimental researches^ an - in~i:rinciple new construction of standardized cuttins? TTlfiOhan i for nipat. aTindor<=! and wnjfc hae been Worked OUt. The construction surpasses foreign and home produced analogues of serial production in it's all basic characteristics.

The mathematical model of the cutting grate permits to get the constant value of the perforation coefficient on it's whole working surface; the model is suitable for every type of meat grinders and wolfs, and can also be used in other areas of technique.

The results of researches have been applied in Baranovi-tchy's production association "Belarustorgmash" in production of meat grinders types MHM-60, MHM-100, MHM-300, MHM-600, and have gone through the industrial approvement with reference to wolfs types MH-1-160 and K6-££H3II-200 in Vitebsk's meat-packing plant of the production association "Vitebskmiasomolprom" and in Moscow's meat-packing plant of russian trade-industrial company "Agroprod-mash".