Технологические расчёты оборудования 1 страница

Технологические расчёты оборудования сводятся к определению его производительности, мощности двигателей, к расходам пара, сырья, продукта и т.д. Это зачастую предпологает рассчитывать геометрические размеры различных ёмкостей и камер, выявлять необходимые параметры работы рабочих органов, например частоту вращения сита-барабана просеивателя. Часто необходимо определять единовременную массу загрузки сырья в различную технику, время обработки сырья или продукта, диаметры и количество отверстий в рабочих органах машин и др. При расчётах предварительно задаются исходными данными, которые удовлетворяют проектировщика определённой функциональной техники.

Данный раздел включает методику и технологические расчёты наиболее часто встречающегося оборудования предприятий общественного питания. Набор оборудования характеризует различные разделы изучаемой студентами дисциплины.

С целью более качественного усвоения предполагаемого материала перед расчётной частью рассматриваемой техники делается описание технологической машины, обращается внимание на основных её элементах и работе. Предварительно кратко рассматривается технологический процесс, осуществляющийся в производственных машинах подобного типа.

Методики расчётов машин могут значительно отличаться от предлагаемых в данном разделе, и если студент при выполнении курсового проекта сможет предложить иные варианты обоснования технологических параметров оборудования, то это только приветствуется. В качестве основного литературного источника для технологических расчётов механического оборудования для предприятий общественного питания использовалась книга [2], при выполнении индивидуальных курсовых проектов с организацией и проектированием предприятий и другого оборудования рекомендуется литература [4,6-9].

5.1. Просеиватель муки типа МПМ-800

Для просеивания муки всех сортов, сахарного песка, соли, различных круп на предприятиях общественного питания применяются просеиватели различных конструкций. Общим для всех просеивателей является наличие в конструкциях плоского, цилиндрического или другого сита, рабочая поверхность которого и продукт перемещаются относительно друг друга [1, 2].

Наибольшее распространение для просеивания муки получил просеиватель типа МПМ-800, который устанавливается в мучных и кондитерских цехах предприятий общественного питания. Одновременно с просеиванием муки производится её аэрация (насыщение воздухом), что способствует лучшему поглощению влаги при замесе, улучшает условия брожения теста, а готовые изделия получаются более пышными.

5.1.1. Описание конструкции

На рис. 5.1 дана принципиальная схема просеивателя МПМ-800М, который является машиной с вертикальным вращающимся цилиндрическим ситом. На пустотелой платформе 21 расположены загрузочный бункер 15, электродвигатель 1, вертикальная полая стойка 3 со шнеком-питателем 4 и ручной подъёмник 17. Внутри бункера находится предохранительная решётка 16, в нижней его части, на валу укреплена крыльчатка 18 для подачи муки в полую стойку. В верхней части стойки расположена просеивающая головка 8, включающая рабочую камеру 14 с лёгкосъёмным ситом 12, насаженным на вал шнека, крестовину 10 с прикреплёнными ножами-разрыхлителями 11 и закрывающейся крышкой 9, фиксируемой откидным болтом. Головка также снабжена течкой (разгрузочным лотком) 7 с магнитным сепаратором 6 для улавливания ферромагнитных примесей. На лоток надевается съёмный полотняный рукав для направления просеянной муки в тару.

Рис. 5.1. Принципиальная кинематическая схема просеивателя МПМ-800М:

1 - электродвигатель; 2 - окно; 3 - стойка; 4 - шнек-питатель; 5 - отверстие; 6 - магнитный сепаратор; 7 - течка; 8 - головка просеивающая; 9 - крышка; 10 - крестовина; 11 - ножи-разрыхлители; 12 - сито; 13 - скребки; 14 - рабочая камера; 15 - бункер загрузочный; 16 - решётка предохранительная; 17 - подъёмник; 18 -крыльчатка; 19, 20 - передачи клиноременные; 21 - платформа

При включении машины вращение с вала электродвигателя посредством клиноременных передач 19 и 20 передаётся на вертикальный вал со шнеком и цилиндрическим ситом и на вал с крыльчаткой. Мешок с мукой с помощью подъёмника подаётся к загрузочному бункеру, в который постепенно высыпают его содержимое. Мука через окно 2 в полой стойке направляется крыльчаткой на вращающийся шнек, подхватывается им и, перемещаясь вертикально, поступает в просеивающую головку через отверстие 5. Под действием центробежной силы мука проходит через ячейки сита и скребками 13, закреплёнными на сите, направляется в разгрузочный лоток. При продвижении по лотку мука очищается магнитным сепаратором от случайно попавших металлических примесей и через рукав ссыпается в подставленную тару. Отходы и посторонние примеси, не прошедшие ячейки сита, остаются на внутренней его поверхности и через определённые промежутки времени удаляются (во время установки машины). Машина имеет сменные барабаны с различными отверстиями (ячейками) в ситах.

5.1.2. Расчёт просеивателя

Исходные данные:

Производительность Q, кг/ч………750

Продукт…………………………….мука ржаная высших сортов

Определить: геометрические размеры сита-барабана (диаметр D_б и высоту Н), частоту вращения сита-барабана n_c, мощность электродвигателя N_эл; уточнить производительность Q.

Методика расчёта:

1. Определяем общую площадь ситовой поверхности:

F = м²,

где q=2,36 кг/м²·с – удельная нагрузка для ржаной муки.

2. Задаваясь Н=1,25D_б, определяем габаритные размеры сита-барабана.

Исходная формула:

F=π·D_б· Н,

где D_б - диаметр сита-барабана; Н – высота сита-барабана.

Из исходной формулы:

D_б= = = 0,15 м.

По конструктивным сооружениям принимаем

D_б = 0,2 м, Н = 1,25·D_б = 0,25 м.

3. Определяем “площадь живого” сечения плетёного сита:

F_o= k_c·F = 0,8·0,0883 = 0,071 м²,

где k_c – коэффициент “живого сечения” сита, для плетёных сеток

k_c =0,6÷0,9.

4. Определяем минимальную частоту вращения сита и выбираем частоту вращения:

n_c > > = 1,8 об/с,

где ƒ_{м –} коэффициент трения продукта о поверхность сита, ƒ_м = 1,1÷1,4;

r_c – радиус сита, м;

g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с^2.

С учётом технических характеристик просеивателей подобного типа выбираем n_c = 12,1 об/с.

5. Определяем скорость прохождения муки сквозь отверстия сита.

Исходная формула:

Q = 3600 · F_o· V_o· φ· ρ_н, кг/с,

где φ – коэффициент использования поверхности сита, φ = 0,4÷0,5;

ρ_н – насыпная масса ржаной муки, ρ_н = 500 кг/м³.

Скорость прохождения продукта сквозь отверстия сита:

V_o = = = 0,0118 м/с ≈ 0,012 м/с.

6. Уточняем теоретическую производительность просеивателя:

Q = F_o· V_o· φ · ρ_н = 3600·0,071·0,012·0,5·500=763 кг/ч

7. Рассчитываем мощность двигателя машины:

N_эл. = , кВт

где N₁ – мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения продукта о сито;

N₂ – мощность, затрачиваемая на перемещение продукта ситом;

N₃ – мощность, необходимая для подачи продукта крыльчаткой к шнеку;

N₄ – мощность, необходимая для подачи муки шнеком к ситу-барабану;

η – коэффициент полезного действия, η = 0,7÷0,9.

N₁ = (m_пр+m_с)·g·r_c·ƒ_м·ω_с = (0,22+0,68)·9,81·0,1·1,3·2·3,14·12,1 = 87,22 Вт,

где m_пр – масса продукта в сите-барабане, ориентировочно m_пр = 0,22 кг;

где m_с – масса сита-барабана, у подобных конструкций m_с = 0,68 кг;

ω_с – угловая скорость сита, 1/с, ω_с = 2·π·n_c.

N₂ = m_пр· ω_с·g· r_c = 0,22·2·3,14·12,1·9,81·0,1=16,4 Вт

N₃ = (m_к+m_пр.к)·g·r_k·ω_k = (3+0,36)·9,81·0,093·2·3,14·8 = 153,2 Вт,

где m_к – масса крыльчатки, у подобных конструкций m_к = 3,0 кг;

r_k – средний радиус крыльчатки, выбирается конструктивно r_k = 0,093 м;

ω_k – угловая скорость крыльчатки, частота вращения ω_k = 8 об/c;

N₄ = (m_ш+m_пр.ш) · g · r_шн · ω_шн = (8+1,28)·9,81·0,04·2·3,14·12,1 = 276,7 Вт,

где m_ш – масса шнека, m_ш = 8 кг;

m_пр.ш – масса продукта, перемещаемая шнеком, m_пр.ш = 1,28 кг;

r_шн – наружный радиус шнека, м;

ω_шн – угловая скорость шнека, 1/с, частота вращения шнека равна

12,1 об/c;

Мощность электродвигателя:

N_эл. = = = 0,67 кВт.

5.2. Машина для очистки корнеплодов типа МОК

Наиболее распространенными на предприятиях общественного питания являются конусные машины для очистки корнеплодов типа МОК, имеющие принципиально одинаковое устройство и различающиеся производительностью, габаритами, мощностью и конструктивными особенностями [1, 5].

Очистка наружного покрова клубней (свеклы, картофеля и др.) происходит при их движении по нижней части абразивной чаши под действием центробежных сил, величина которых определяется угловой скоростью вращения чаши.

5.2.1. Описание конструкции

На рис. 5.2 показана принципиальная схема машины типа МОК, которая в качестве основных элементов имеет станину 1, абразивную чашу 4 и камеру 7. Электродвигатель 2 с клиноременной передачей 3, расположенные внутри нижней части станины, позволяют передать вращение на вертикальный вал 12 жёстко соединённый с абразивной чашей. Вертикальный вал 12 устанавливается в подшипниках качения, расположенных в корпусе (станине) машины.

Рабочая камера 7 образуется конусом чаши 4, корпусом машины с расположенными на нём абразивными сегментами 9, заслонкой 5 и крышкой 8.

Перед чашей 4 на её нижней стороне крепятся рёбра-лопасти 10, которые вращаются вместе с валом относительно его оси. Между корпусом машины и периферией чаши имеется небольшой зазор, достаточный для прохода через него воды и отходов. Подача воды в камеру 7 необходима для более качественной очистки корнеплодов. Лотки 6 и 11 имеют функциональные назначения для отвода очищенного продукта, воды и отходов.

Рис. 5.2. Принципиальная схема машины типа МОК:

1 - станина машины; 2 - электродвигатель; 3 - клиноременная передача; 4 - абразивная чаша; 5 - заслонка; 6 - лоток для продукта; 7 - камера; 8 - крышка; 9 - абразивные сегменты; 10 - рёбра-лопасти; 11 - лоток для воды и отходов; 12 - вертикальный вал

Машина работает следующим образом. Пред загрузкой порции корнеплодов производится пуск машины. Затем открывается водопроводный вентиль для подачи воды в рабочую камеру машины. Предварительно откалиброванный и вымытый картофель порцией определённой массы загружают через крышку 8 в рабочую камеру. Продолжительность очистки продукта определяют визуально, открыв на некоторое время крышку загрузочного отверстия. Выгрузку продукта производят не выключая машины. Для этого приставляют тару к лотку 6, закрывают водопроводный вентиль и открывают заслонку 5. Корнеплоды под действием центробежной силы выбрасываются из загрузочного окна на лоток и попадают в тару. Затем процесс повторяют или выключают машину. Вода и отходы выдаются из работающей машины непрерывно посредством рёбер-лопастей 10 и лотка 11.

5.2.2. Расчёт машины

Исходные данные:

Производительность Q, кг/ч.........................................250

Средний диаметр свеклы d, м………………………...0,07

Угол при вершине конуса чаши α, град……………...30^о

Рабочий цикл процесса очистки Т_р, с...........................180

Определить: геометрические размеры камеры (диаметр D и др., частоту вращения чаши n, массу загрузки корнеплодов m, мощность электродвигателя N_эл.

Методика расчёта

1. Объём камеры

Исходная формула:

Q = = , кг/с,

где V – объём камеры, м³;

ρ – насыпная масса продукта, для свеклы ρ = 650 кг/м³;

φ – коэффициент заполнения рабочей камеры, φ = 0,6÷0,7;

t_з – продолжительность загрузки камеры, t_з = 5÷10 с;

t_o – продолжительность обработки, с;

t_в – продолжительность выгрузки порции, t_в = 5÷6 с;

m – масса загружаемых корнеплодов, кг.

Объём камеры:

V = = = 0,03 м³.

2. Диаметр рабочей камеры:

D = = = 0,36 м.

3. Масса загруженных корнеплодов:

m = V·ρ·φ = 0,03·650·0,65 = 12,8 кг

4. Диаметр дна конусной абразивной чаши:

d_к.ч. = D-2a-2δ = 0,36-0,06·2-2·0,005 = 0,23 м,

где a – катет прямоугольного треугольника образованного вертикально и наклонной поверхностью чаши (см. рис. 5.2), м;

δ – зазор между наибольшим диаметром чаши и диаметром камеры, м;

5. Наибольший диаметр чаши:

D_к.ч.= D-2δ = 0,36-2·0,005 = 0,35 м

6. Высота конусной чаши:

h = = = 0,104 м

7. Высота цилиндрической части рабочей камеры

Исходная формула:

V = π·R²·H + π·R²_к.ч·h, м³,

где R – радиус цилиндрической части камеры, м;

Н – высота цилиндрической части камеры, м;

R_к.ч. – радиус конусной чаши, м

Высота цилиндрической части:

H = = = 0,292 м.

8. Условие обеспечения циркуляции клубней корнеплодов:

D_min>4d =4·0,07 = 0,28 м

Н 4d = 4·0,07 = 0,28 м

Поскольку диаметр рабочей камеры и её высота значительно больше 4d, то условие циркуляции выполняется.

9. Минимальная частота вращения рабочего органа исходя из условия отбрасывания клубня от центра вращения к периферии чаши.

n_min > = · = 199,0 об/мин,

где k_min – коэффициент проскальзывания клубня, k_min = 0,2÷0,9;

ƒ – коэффициент трения между продуктом и абразивной поверхностью,

ƒ = 0,9÷1,3;

r_min – минимальный радиус от центра вращения рабочего органа до центра тяжести клубня, r_min = 0,5·d = 0,5·0,07 = 0,035 м

10. Частота вращения чаши:

n = 1,6·n_min = 1,6·199,9 = 319,8 об/мин.

Принимаем n = 320 об/мин

11. Мощность двигателя вычисляется по формуле:

N = , кВт,

где N₁ – мощность необходимая для преодоления сил трения;

N₂ – мощность затрачиваемая на подбрасывание клубней;

η – коэффициент полезного действия, η = 0,7÷0,9

N₁ = m·g·ƒ·φ₁·r_тр.· = 12,8·9,81·1,0·0,144·0,5 · = 312 Вт,

где φ₁ – коэффициент, учитывающий, что не все подброшенные клубни создают силы трения, φ_{1 =} 0,5÷0,7;

r_тр – радиус приложения суммарной силы трения,

r_тр = 0,4D = 0,4·0,36 = 0,144 м.

N₂ = (0,3÷0,4)·N₁ = 90 Вт.

Мощность электродвигателя:

N = = = 0,45 кВт.

5.3. Хлеборезательная машина типа МРХ -200

Качество нарезанного хлеба определяется внешним вилом ломтиков, которые должны иметь одинаковую толщину, гладкую поверхность среза и минимальное количество отходов (крошки). Хорошее качество нарезки осуществляется с помощью быстровращающихся дисковых ножей с круговым лезвием реза [1, 3]. Процесс резания хлеба с использованием для этой цели вращающихся дисковых ножей осуществляется в машинах типа МРХ -200, которые получили наибольшее распространение на предприятиях общественного питания.

5.3.1. Описание конструкции

Хлеборезательная машина МРХ-200 (рис. 5.3) состоит из следующих частей: рамы с электродвигателем, корпуса, передаточного механизма, дискового ножа, двух горизонтальных лотков с ограждениями, а также механизмов регулировки толщины отрезаемых ломтиков, подачи хлеба к ножу и заточки ножа.

Движение от электродвигателя 1 через клиноременную 2 и цепной контур 13 - 18 передаётся главному приводному валу 3, на котором жёстко закреплён противовес 11. К противовесу присоединён кронштейн-водило 6. В отверстие кронштейна на двух шарикоподшипниках устанавливается вал 12 с жёстко закреплёнными на нём звёздочкой 5 и дисковым ножом 4.

Звёздочка 5 цепью соединена со звёздочкой 9, закреплённой на оси 8, которая расположена соосно с приводным валом 3 и соединена с рукояткой 7, которая в рабочем положении зафиксирована на корпусе, обеспечивая неподвижность оси 8 со звёздочкой 9. При вращении приводного вала 12 дисковый нож совершает планетарное движение, вращаясь вокруг своей оси и вокруг оси приводного вала 3. На корпусе машины закреплены два лотка – неподвижный загрузочный 27 и разгрузочный 28.

Подача продукта в зону резания происходит, когда приводной вал с помощью эксцентрика 14 и шатуна 19 приводит в движение обгонную муфту свободного хода 20.

За один оборот приводного вала ведущая часть обгонной муфты совершает маятниковое движение, поворачиваясь на определённый угол. При этом ведомая часть обгонной муфты поворачивается только в одном направлении, так как при повороте ведущей части обгонной муфты в обратном направлении движение ведомой части муфты не передаётся. Ведомая часть муфты жёстко закреплена на оси ходового винта 21, который совершает прерывисто-вращательное движение в одном направлении. Ходовой винт передвигает ролик 22 и связанную с ним каретку, перемещающуюся по направляющим 23. Для расцепления каретки и винта при установке продукта ролик 22 может отводиться от винта при помощи подпружиненного рычага с рукояткой 24. Разрезаемый хлеб закрепляется на каретке посредством шарнирно соединённой с ней вилкой 26, управляемой рукояткой 25.

Движение дискового ножа и каретки синхронизировано таким образом, что в момент резания каретка с продуктом неподвижна, а перемещение каретки, т. е. подача продукта, происходит в момент, когда нож выходит из зоны резания. Эта синхронизация достигается за счёт соответствующего положения эксцентрика относительно ножа. Толщина отрезаемых ломтиков хлеба равна величине перемещения каретки за один переход качения обгонной муфты и пропорциональна углу её поворота. Угол поворота обгонной муфты регулируется с помощью механизма регулировки толщины нарезки, состоящего из диска 15 со спиральной прорезью, в которую входит палец эксцентрика 14. Диск соединён с лимбом 16, свободно сидящим на валу и фиксируемым гайкой 17. Цифры лимба соответствуют толщине ломтей хлеба в миллиметрах.

При ослаблении гайки 17 и повороте регулировочного диска 15 палец эксцентрика 14 перемещается в прорези диска, благодаря чему изменяется величина эксцентриситета эксцентрика относительно приводного вала. От величины эксцентриситета зависят угол поворота обгонной муфты и величина перемещения каретки с хлебом.

При окончании нарезания порции хлеба машина автоматически отключается нажатием каретки на концевой выключатель. Машина снабжена приспособлением для заточки ножа 29, которое состоит из двух абразивных дисков, вращающихся на осях. При заточке ножа стопорным винтом 10 противовес 11 фиксируется неподвижно относительно корпуса. Рукоятка 7 переводится в горизонтальное положение. При вращении рукоятки вращательное движение через цепной контур 5 - 9 передаётся дисковому ножу, чем и обеспечивается его заточка.

5.3.2. Расчёт хлеборезки

Исходные данные:

Масса нарезаемого хлеба m, кг…………………………………. 0,5

Длина хлеба l, м………………………………………………….. 0,27

Ширина хлеба b, м………………………………………………..0,09

Толщина ломтика h, мм…………………………………………..15

Частота (число) резов n_b, об/мин………….……………...............180

Радиус ножа r_н, м…………………………………………………..0,155

Частота вращения ножа n_н, об/мин……………………………….400

Радиус водила r_b, м………………………………………………...0,09

Хлеб пшеничный, время хранения, ч……………………………..8

Определить: время нарезания хлеба t_o, производительность машины Q и мощность электродвигателя N_эд.

Методика расчёта

1. Время нарезания хлеба:

t_o = = = 6 c.

2. Производительность машины:

Q = = = 112,5 кг/ч,

где t_з – продолжительность (время) загрузки хлеборезки, t_з = 8÷12 с

3. Мощность электродвигателя:

N = N₁ + N₂, кВт,

где N₁ – мощность затрачиваемая на резание хлеба дисковым ножом, кВт;

N₂ - мощность затрачиваемая на поперечное перемещение продукта, кВт

Учитывая, что N₂ на порядок меньше мощности N₁ , то обычно расчёт мощности производится по формуле:

N₁ ≈ N = , кВт,

где Р₁ – усилие на разрезание хлеба, Н;

V_p – скорость резания продукта, м/c;

η₁ – коэффициент полезного действия (несколько уменьшен с целью учёта мощности N₂, например η = 0,75)

Усилие на резание хлеба:

Р₁ = q_в · b = 930·0,09 = 93,7 Н,

где q_b – удельное сопротивление пшеничного хлеба до 8 часов хранения,

q_b = 930 Н/м

Скорость резания продукта:

V_p = = = = 6,71 м/с,

где ω_Н – угловая скорость ножа, рад/с;

ω_b – угловая скорость водила, рад/с

Мощность двигателя:

N = = = 0,84 кВт.

5.4. Пуасонный овощерезательный механизм

Нарезку овощей с помощью механизма осуществляют путем продавливания продукта пуансоном через неподвижную ножевую решетку. Форма нарезки определяется конструкцией ножевой решетки: ножевая решетка с квадратными ячейками нарезает продукт брусочками, а с ячейками, имеющими форму кругового сектора,– дольками.

Процесс нарезки можно сравнить с процессом штамповки, когда при силовом вертикальном движении многопуасонного механизма происходит вырубка, калибрование и выталкивание из матрицы (отверстий решетки) продукта заданной формы.

Пуансонный механизм входит в комплект сменных механизмов универсальных кухонных машин[1, 2].

5.4.1. Описание конструкции

Рабочей камерой механизма (рис. 5.4) служит пустотельный цилиндр 3, отлитый заодно с загрузочным окном 19. Нижним торцом рабочая камера устанавливается на ножевую решетку 2, которая крепится к корпусу редуктора 7 с помощью стоек 4.

Внутри рабочей камеры перемещается ползун 12. К нижнему торцу ползуна крепится пластина с пуансонами 13, благодаря которым продукт проталкивается в ножевую решетку.

Достигнув крайнего нижнего положения, ползун своей заслонкой 18 перекрывает загрузочный канал, предотвращая попадание продукта в пространство рабочей камеры над ползуном. Ползун совершает возвратно-поступательное движение, которое передается ему от вращения приводного вала 6 через червяк 10, червячное колесо 14 и коленчатый вал 16. Шейка коленчатого вала установлена в пазу рамки-кулисы 8, которая имеет две пары роликов, перемещающихся по направляющим корпуса, и шток 5, который жестко соединен с ползуном.

Рис. 5.4. Пуасонный овощерезательный механизм:

1 - гайка; 2 - ножевая решётка; 3 - рабочая камера; 4 - стойки; 5 - шток; 6 - приводной вал; 7 - корпус редуктора; 8 - рамка-кулиса; 9 - ролики; 10 - червяк; 11 - штифты; 12 - ползун; 13 - пуасоны; 14 - червячное колесо; 15 - крышка; 16 - коленчатый вал; 17 - пробка; 18 - заслонка; 19 - загрузочное окно

Дата добавления: 2014-12-07