Принцип работы и технологические особенности машины моечной барабанного типа ВК-БМК

• Введение
• 1. Технологическая часть
• 1.1 Свойства картофеля
• 1.2 Технологическая схема производства чипсов
• 1.3 Продуктовый расчет
• 1.4 Выбор и обоснование технологического оборудования
• 2. Расчетная часть
• 2.1 Обзор существующей конструкции
• 2.2 Описание конструкций, принципа работы
• 2.3 Выбор и обоснование конструкционных материалов
• 2.4 Технологический расчет
• 2.5 Кинематический расчет
• 2.6 Силовой расчет
• 3. Техника безопасности при работе на данной машине
• Вывод
• Список используемой литературы

Мойка определяет качество конечного продукта, причем ее режимы зависят от видов загрязнений. Если пищевое сырье обычно загрязнено частицами почвы, песка, остатками ботвы, то на поверхности тары содержатся сложные загрязнения, состоящие из жидкой и твердой фаз (жиры, частицы консервируемого продукта). Состав загрязнений обусловливает разнообразие их механических свойств, различие в величине сил сцепления с поверхностью сырья или тары.

Для подавления жизнедеятельности микроорганизмов, входящих, как правило, в состав загрязнений, тара перед заполнением консервируемым продуктом подвергается дезинфекции. Дезинфекцию отмытых поверхностей проводят осветленным раствором с массовой долей хлорной извести 5% или раствором с массовой долей гидроксида NaOH — 0,5% или хлорамином.

Для мойки используются следующие моющие средства: анионои катионоактивные, амфолитные и неионогенные. Моющий раствор должен обеспечить смачивание поверхностей, диспергирование загрязнений (набухание, пептизация и дробление белковых веществ, омыление жиром) и стабилизацию отделившихся от поверхности загрязнений и моющем растворе.

Смачивание отмываемых поверхностей зависит от поверхностного натяжения моющего и межфазного раствора и межфазного натяжения па границе жидкость — твердое тело. Наиболее эффективноe смачивание и мойка обеспечиваются при минимальном поверхностном натяжении моющего раствора. Для этого используют два метода снижения поверхностного натяжения воды или моющего раствора: тепловой и использующий поверхностно-активные вещества (ПАВ).

В зависимости от вида отмываемых поверхностей в состав моющего раствора входят разные вещества: эмульгирующие жиры и омыляющие жирные кислоты — едкая щелочь; пеитизирующие белки и снижающие жесткость воды — тринатрийфосфат; предотвращающие коррозию металла — жидкое стекло и ПАВ. Количество каждого компонента определяется видом и свойством отмываемых поверхностей.

Чистота отмываемых поверхностей определяется по отсутствию следов загрязнений, моющих средств и по количеству микроорганизмов па них.

В настоящее время для мойки пищевого растительного сырья, тары и санитарной обработки оборудования применяются моечные машины различных типов и конструкций. Они классифицируются следующим образом:

1. в зависимости от характера процесса (непрерывно и периодически действующие);

2. от вида обрабатываемых объектов (для мойки сырья и мойки тары);

3. по типу устройств, перемещающих отмываемые объекты (линейные и барабанные);

4. по способу воздействия моющей среды (шприцевые, отмочные и отмочно-шприцевые).

Интенсификация процесса мойки при оптимальной температуре моющего раствора возможна за счет использования более эффективных моющих растворов либо турбулизации моющего раствора у загрязненных поверхностей. Движение моющего раствора у отмываемых поверхностей оказывает механический разрушающий эффект на загрязнение и ускоряет физико-химическое взаимодействие. Оно осуществляется разными способами:

1. турбуличацией моющего раствора воздушным барботированием;

2. механическим перемешиванием моющего раствора лопастями, насадками;

3. приведением моющего раствора в колебательное движение с помощью динамических вибраторов или гидродинамических излучателей;

4. турбулизацией моющего раствора затопленными струями.

К моечным машинами предъявляются следующие требования:

1. высокая степень чистоты отмываемых объектов

2. исключение порчи сырья пли боя и деформации тары

3. минимальный расход воды и энергии

4. простота изготовления и обслуживания

5. высокая эксплуатационная надежность

6. малые габаритные размеры и масса.

Очисткой пищевого сырья называется процесс удаления несъедобных (косточки, плодоножки) малоценных в пищевом отношении частей овощей и плодов. Известны следующие способы очистки пищевого сырья: термический, механический, комбинированный. Выбор способа очистки определяется видом выпускаемой продукции.

Для мойки сырья используется обычно проточная или оборотная водопроводная вода. После отмочки загрязнения с поверхности сырья удаляются щетками или жидкостными струями.

Из многообразия моечных машин наибольшее распространение получили лопастные, ленточные, барабанные, вибрационные, комбинированные, элеваторные, щеточные. Выбор моечной машины определяется структурно-механическими и прочностными свойствами растительного сырья, а также характером и количеством загрязнений на поверхности сырья.

Мойку растительного сырья производят погружением в воду (отмочка), ополаскиванием струями воды из насадок, использованием щеточных устройств, активным перемешиванием. В большинстве моечных машин применяют комбинацию перечисленных способов мойки.

Барабанная моечная машина предназначена для мойки твердых плодов и овощей (корнеплодов). Мойка предусматривает удаление с поверхности сырья остатков земли, песка, посторонних тяжелых и легких примесей (камни, листья, ветки, солома). Для каждого вида сырья требуется свой способ и режим мойки.

Мойка в барабанных моечных машинах осуществляется при вращении барабана путем интенсивного перемешивания сырья и за счет ударов падающего сырья о поверхность воды. Эффективность процесса мойки определяется соотношением сил, действующих на сырье, находящееся в барабане.

При малом числе оборотов барабана сырье располагается в нижней его части. С увеличением числа барабана возрастает угол подъема сырья (в гладких барабанах), и чем число оборотов больше, тем выше подъем, отрыв и высота падения сырья. С увеличением угла подъема эффективность процесса мойки повышается в результате лучшего перемешивания и большей высоты падения сырья. Однако при значительном числе оборотов барабана может наступить такой момент, когда центробежная сила превысит силу тяжести и сырье в течение всего оборота будет прижато к стенкам барабана,

Барабан может быть цилиндрическим, коническим, горизонтальным или наклонным. Непрерывно действующие машины изготавливаются с наклонно или горизонтально расположенным барабаном. В первом случае сырье продвигается вдоль барабана благодаря наклону, во втором — с помощью спирали или специальных насадок, приваренных к внутренней поверхности барабана

1. Технологическая часть

1.1 Свойства картофеля

Физические свойства плодов и овощей влияют на пищевую ценность и сохранность. Некоторые (размер, масса, форма, окраска) нормируются стандартами, другие учитываются при товарной обработке и хранении.

Свойства подразделяют:

1. физические — размер, масса, форма, относительная плотность, насыпная (объемная) масса;

2. структурно-механические — скважистость, механическая прочность, твердость;

3. теплофизические — теплопроводность, температуропроводность, удельная теплоемкость;

Теплофизические свойства картофеля:

1. Удельная теплоемкость до заморозки 3,56 кДж/кг*К

2. Удельная теплоемкость после заморозки 1,84 кДж/кг*К

3. Скрытая теплота заморозки 270 кДж/кг

4. Насыпная масса 640 кг/м³

5. Плотность 1100 кг/м³

6. Температура замерзания от -1°С до -1,7°С

Механические свойства картофеля:

1. Механическая прочность сырого картофеля 13×10⁵ Па

2. Твердость клубней картофеля составляет 70 Н

3. Скважистость 40%

4. Угол естественного откоса штабеля картофеля 30 — 40°

5. Угол скольжения клубней округлой формы по дереву 25°, по клубням — 38°

6. Угол скатывания 22° - 39°

7. Допустимая высота свободного падения клубней при ударе о металл 20 см, о дерево 30 см, о почву 120 см, о клубни 40 см

8. Давление, при котором повреждаются клубни 70 — 80 кг/см³

1.2 Технологическая схема производства чипсов

Технологическая схема производства чипсов представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 Технологическая схема производства чипсов

Чипсы картофельные представляют собой формованные пластины прямоугольной (100×40×2 мм) или кубической (квадратной: 40×40 мм) формы или фигурные изделия. Чипсы картофельные являются продуктом, полностью подготовленным к употреблению в пищу в качестве сухого завтрака, гарнира к различным блюдам или закуски к напиткам.

Основное сырьё для производства картофельных чипсов — сырой картофель. При этом выполняются следующие основные операции: мойка картофеля, очистка, резка, бланширование, обсушка, обжарка, охлаждение, внесение соли и специй, фасовка.

Картофель прежде всего попадает в барабанную моечную машину А9-КМ-2, после чего промытый сырой картофель попадает в машину, предназначенную для очистки корнеплодов (МОК-300), где автоматически чистится. Уже очищенный картофель подвергается вторичной механической чистке, но без участия автоматики. Картофель чистися на столе рабочем ИПКС-075−1,5(Н). Очищенный картофель попадает в протирочно-резательную машину Гамма-5А, где подвергается нарезке. Картофель после мойки, зачистики и нарезки бланшируется. Оборудование: бланширователь ИПКС-073−02(Н). После производится сушка полученного бланшированного картофеля. Обжаривание (обезвоживание) производится во фритюрных ваннах (например, ИПКС-073−01(Н)). Время обжаривание одной порции — 20−40 секунд. Добавление соли и специй происходит на столе рабочем ИПКС-075−1,5(Н), куда готовый продукт поступает после обжаривания. Расфасовка готовой продукции производится в металлизированные (ламинированные) полипропиленовые пакеты по 50 — 300 г с помощью машины фасовочно-упаковочной РТ-УМ-11, после чего готовый упакованный картофель следует на реализацию.

1.3 Продуктовый расчет

В таблице 1.1 представлен продуктовый расчет чипсов.

Таблица 1.1 Продуктовый расчет

1.4 Выбор и обоснование технологического оборудования

В условиях малого предприятия представляется целесообразным использование малогабаритных цехов по переработке картофеля. Закупка оборудования и монтаж его в помещениях со всеми инженерными сетями, как правило, быстро приводит к выпуску готовой продукции и поставке её в магазин.

Первым этапом при производстве чипсов является мойка картофеля, которая производится с помощью машины моечной барабанной А9-КМ2. Машина предназначена для мойки фруктов и овощей с твердой структурой в технологических линиях их переработки. Машина устанавливается на предприятиях консервной и овощесушильной промышленности. Машина состоит из станины с ваннами, барабанов, привода, лотка, душевого устройства, электрооборудования. Машина относится к непрерывно действующему оборудованию. Размеры перерабатываемого продукта должны быть не менее 15 мм и не более 200 мм. Овощи загружаются в машину через загрузочный лоток, из него попадают в барабан первичной мойки, перебрасываются во второй, где подвергаются вторичной мойки, затем ковшом переносятся в третий барабан, в котором ополаскиваются под душем. Промытые овощи разгружаются в лоток и поступают на следующую операцию.

Технические характеристики:

Техническая производительность, кг/ч 3000−4000

Максимальная установленная мощность, кВт 1,1

Максимальное потребление воды (давление 2−3 МПа), куб. м/ч 2,0

Габаритные размеры, мм 3390×1270×1600

Масса, кг 840

Второй этап — очистка картофеля с помощью машины, предназначенная для очистки корнеплодов (МОК-300). Машины очистки корнеплодов применяются для снятия кожуры с картофеля и других корнеплодов путём воздействия абразивосодержащих очищающих рабочих органов. Для более удобной эксплуатации в машинах предусмотрена регулировка продолжительности цикла работы. Картофелечистки имеют разгрузочный люк, при открытии которого происходит самопроизвольная выгрузка очищенного продукта при вращающемся диске. Машины выполнены в напольном варианте и могут использоваться в овощных цехах предприятий общественного питания.

Технические характеристики:

Производительность, кг/ч 300

Вместимость бункера для сырья, кг 10

Время на обработку, мин 2

Электродвигатель: частота вращения, об/мин 1500

Установленная мощность, кВт 0,55

Габаритные размеры, мм 600×410×1000

Масса, кг 62

Третий этап — ручная зачистка картофеля на столах рабочих ИПКС-075−1,5(Н). Стол (островной) ИПКС-075−1,5(Н). Стол предназначен для разделки и переработки продукции на предприятиях общественного питания и пищевой промышленности. Особенности: стол выполнен из пищевой нержавеющей стали, имеет разборную конструкцию и регулируемые по высоте опоры, не имеет труднодоступных для санитарной обработки участков, возможно изготовление с нижней полкой, каркасы и нижние полки могут быть изготовлены из конструкционной стали, окрашенной двухслойной полимерной краской цвета хром-металлик.

Технические характеристики:

Рабочая нагрузка, не более, кгс 75

Габаритные размеры, мм 1500×600×850

Масса, кг 24

Четвертый этап — нарезка клубней картофеля с помощью протирочно-резательной машины Гамма-5А. Машина предназначена для нарезки и измельчения сырых и вареных овощей и фруктов на частицы различной геометрической формы, приготовления фарша. Машина может использоваться в составе комплектов оборудования по переработке (сушка, консервирование, замораживание и т. п.) овощей и фруктов, а также на предприятиях общественного питания и на небольших сельскохозяйственных предприятиях. Особенности машины: большой выбор ножей, терок, решеток, позволяющих производить нарезку, шинковку и измельчение всех видов сырых и вареных овощей, а также фруктов на частицы различной геометрической формы и размеров; виды нарезки: ломтики, пластинки, кубики, брусочки, соломка; вертикальная конструкция обеспечивает удобство в работе и не требует больших площадей для размещения машины; наличие блокировочного устройства исключает возможность включения измельчителя во время смены насадок; части измельчителя, контактирующие с пищевыми продуктами, изготовлены из материалов, разрешенных к применению в пищевой промышленности

Технические характеристики:

Производительность (при нарезке брусочками 10×10 мм), кг/ч 400

Количество видов нарезки, шт. 8

Число загрузочных приспособлений, шт. 2

Установленная мощность, кВт 0,6

Габаритные размеры, мм 550×290×550

Масса, кг 25

Пятый этап — бланширование и обсушка нарезанного картофеля. Эта операция выполняется с помощью бланширователя ИПКС-073−02(Н), предназначенного для кратковременной тепловой обработки (бланширования) овощей и плодов. Особенности: полностью выполнен из пищевой нержавеющей стали и имеет одностенную крышку, внутренний резервуар выполнен на основе цельнотянутой ванны, имеет встроенные электронагреватели и блок управления, позволяющие поддерживать температуру продукта и теплоносителя, может комплектоваться, каркасы и внешние панели могут быть изготовлены из конструкционной стали, окрашенной двухслойной полимерной краской цвета хром-металлик.

Технические характеристики:

Производительность кг/ч 60

Объем ванны л 75

Рабочий объем ванны л 50

Диапазон рабочих температур °С 70−95

Установленная мощность кВт 7,0

Габаритные размеры мм 850×650×950

Масса кг 70

Шестой этап — обжарка и охлаждение подготовленного картофеля при помощи фритюрницы ИПКС-073−01(Н). Назначение машины: предназначена для обжарки картофеля, пирожков и других продуктов во фритюре. Особенности: выполнена из пищевой нержавеющей стали и имеет одностенную крышку, внутренний резервуар выполнен на основе цельнотянутой ванны, имеет встроенные электронагреватели и блок управления, позволяющие поддерживать температуру масла, может комплектоваться, каркасы и внешние панели могут быть изготовлены из конструкционной стали, окрашенной двухслойной полимерной краской цвета хром-металлик.

Технические характеристики:

Производительность, кг/ч 10

Объем ванны, л 75

Рабочий объем ванны, л 50

Диапазон рабочих температур, °С 140−190

Установленная мощность, кВт 21,0

Габаритные размеры, мм 850×650×950

Масса, кг 70

Заключительный этап при производстве чипсов — внесение соли и специй в чипсы, фасовка готовой продукции при помощи машины фасовочно-упаковочной РТ-УМ-11. Назначение машины: весовое дозирование и упаковка сыпучих, гранулированных, кристаллических и мелкоштучных пищевых продуктов (крупа, макаронные изделия, орехи, сахарный песок, чай, конфеты и т. п.), а также не пищевых продуктов подобной структуры в пакеты из термосвариваемой пленки: полипропилена, полиэтилена, ламинированной бумаги и т. п.

Технические характеристики:

Производительность, упаковок/мин 12

Рабочий объем бункера, кг 80

Масса дозы, г 10−2000

Точность дозирования, % ±1

Размер пакета (ширина x длина), мм 70…210×50…350

Установленная мощность, кВт 0,95

Габаритные размеры, мм 1200×650×2200

Масса, кг 120

Машинно-аппаратная схема представлена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 Машинно-аппаратная схема

2. Расчетная часть

2.1 Обзор существующей конструкции

машина барабанный моечный продуктовый

На любом предприятии общественного питания поступившие овощи необходимо перебрать, откалибровать и тщательно вымыть перед механической или тепловой обработкой для удаления поверхностных загрязнений. На мелких и средних предприятиях общественного питания процесс мойки мало механизирован и выполняется чаше всего вручную в специальных ваннах. Принцип действия овощемоечных машин основан на интенсивном механическом перемещении клубней с одновременным трением их о рабочие органы, стенки рабочих камер и друг о друга. Перемещение может осуществляться в слое воды (мытье сочных овощей, фруктов, зелени и др.), или загрязнения удаляются струями воды, подаваемой в рабочую камеру машины через разбрызгивающие устройства (мытье сильно загрязненных продуктов и материалов).

Для интенсификации процесса отделения загрязнений рационально использовать предварительное замачивание клубней или обеспечивать интенсивное перемешивание объема воды. Первый способ часто совмещают с гидротранспортированием клубней от места их разгрузки до места переработки, а для реализации второго используют циркуляционные водяные насосы или осуществляют барботирование (подачу в воду воздуха под давлением).

Как правило, овощемоечные машины непрерывного действия имеют несколько секций, предназначенных для удаления тяжелых примесей, оседающих на дно, всплывающих легких примесей и для получения вымытого сырья.

При мойке овощей и фруктов необходимо одновременно учитывать два фактора — быстроту и тщательность мойки, так как при продолжительном пребывании растительного сырья в воде теряется часть ароматических, красящих и экстрактивных веществ.

В настоящее время наибольшее распространение получили вибрационные, барабанные, лопастные, щеточно-роликовые овощемоечные машины и моечно-очистительная машина (пиллер). Выбор барабанных моечных машин для предприятий общественного питания очень широк. Сравним некоторые из них.

Машина моечная барабанного типа ВК-БМК (аналог Skals, Wuma, Allround, Boema). Машина ВК-БМК относится к машинам барабанного проходного типа.

Принцип работы. Она построена с использованием принципа, в основе которого лежит погружение на 14 часть полого барабана в рабочую жидкость. Это позволяет решить следующее: во-первых, незанятая центральным валом внутренняя часть барабана позволяет создать очень комфортные условия для загрузки продукта. Машина способна принимать и пропускать через себя большие объемы сырья различных типоразмеров. Во-вторых, наличие жидкости в рабочем барабане значительно снижает степень травматизма сырья. В-третьих, активное перемешивание и трение в «кипящем» слое воды создает условия для максимально эффективной мойки сырья. Конструкция машины разработана таким образом, чтобы в неё можно было легко интегрировать транспортер для отвода грунта, а также организовать узел камнеулавливания (опции). ВК-БМК предназначена для мойки следующих групп сырья: картофеля, моркови, свеклы, томатов, помидор, спаржи, топинамбура, яблок, груш, кабачка, тыквы, капусты, орехов, баклажана, и т. д.

Технические характеристики:

Производительность, т/час 5

Потребление электроэнергии, Квт/час 3.3

Потребление воды, куб. м/ч 0.5

Рабочее давление воды в коллекторе (атм.) 3

Габариты, ДхШхВ, мм 4500×1600×2300

Масса, кг 1200

Машина моечная щёточная барабанная ВК-БЩМ. Машина моечная щеточная (барабанная, без центрального вала) ВК-БЩМ, предназначена для мойки овощей (в т.ч. крупногабаритных — тыква, арбуз) фруктов и корнеплодов с твердой структурой, производительностью 10 т/час. Устанавливается в комплексах оборудования по переработке плодоовощного сырья. Машина барабанного типа, щеточная.

Принцип работы. Барабан машины приводит в действие механизм. Приводная шестерня передает вращение от мотор-редуктора на зубчатый венец барабана. Барабан представляет собой металлоконструкцию с закрепленными на ней девятью рядами щеток. Машина устанавливается под наклоном 5о, что обеспечивает перемещение продукта. Подача продукта осуществляется через загрузочный лоток. При вращении барабана происходит трение между продуктом и щетками, вследствие чего происходит отделение грязи и мусора. Ополаскивание обеспечивает душирующее устройство (коллектор), расположенное по всей длине барабана. Для более тщательного ополаскивания, а также для равномерного выхода продукта, на внутренней поверхности барабана находятся пластины, расположенные по винтовой линии в сторону выгрузочного лотка. Для обслуживания и проведения санитарной обработки предназначены инспекционные люки. Слив отработанной жидкости происходит через сливные люки.

Технические характеристики:

Производительность. т/час 10

Потребление электроэнергии кВт/час 3

Частота вращения барабана, (об/мин) 8

Рабочее давление воды в коллекторе (атм.) 2

Потребление воды, м3/ч 0,7

Габариты, мм 4235×1170×2320

Масса, кг 1800

Машина моечная вентиляторная ВК-МБВ. Машина моечная вентиляторная ВК-МБВ предназначена для мойки овощей и фруктов с твердой структурой (мелкие ягоды, кабачек, тыква и пр.) путем барботирования рабочей жидкости. Машина вентиляторного типа.

Принцип работы. Корнеплоды по наклонному лотку подаются на барабаны. В первом путем трения о его ребра, друг о друга, резиновые пальцы и лопасти они очищаются от комьев земли, соломы и перемещаются в камнеловушку. Поток воды от электронасоса удерживает корнеплоды на плаву, а камни тонут. Вращающимися лопастями с резиновыми пальцами корнеплоды перемещаются во второй и третий барабаны, где происходит мойка в воде. После споласкивания чистой водой сырье из коллектора выгружается через разгрузочный лоток. Для полного сливания воды из корпуса, очистки и санитарной обработки необходимо остановить машину и открыть клапан сливного устройства.

Технические характеристики:

Производительность, кг/час 8000

Установленная мощность, кВт 3,3

Скорость движения транспортера, м/мин 2,5

Потребление воды при 0,3 МПа, м3/ч 1,2

Габаритные размеры, мм 5000×1580×2600

Масса, кг 950

Технические характеристики моечных машин представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 Сравнительная техническая характеристика машин моечных

Расчет удельных величин представлен в таблице 2.2.

Таблица 2.2 Удельные величины

Формулы для подсчета удельных характеристик:

Удельная масса

m_уд = М/П

где М — масса машины, кг;

П — производительность машины, кг/ч.

Удельная занимаемая площадь

F_уд = L (B+b)/П

где L — длина, м;

B — ширина, м;

b — ширина проходов, необходимых для обслуживания, 1 м.

Удельный расход энергии

Э_уд = N/П

где N — мощность машины, Вт.

Чем меньше удельная характеристика, тем выше соответствующий показатель эффективности работы машины. Поэтому моечная машина ВК-БЩМ превосходит остальные по удельной площади, удельному раходу энергии.

2.2 Описание конструкций, принципа работы

Назначение машины. Машина моечная барабанная А9-КМ-2 непрерывного действия предназначена для мойки твердых плодов и овощей, размеры которых должны находиться в пределах 15−200 мм.

Принцип работы. На сварном каркасе 11 укреплена ванна 12, разделенная перегородкой на две части, в каждой из которых размещено по барабану 2 и 3 для отмочки отмочки и отделения загрязнений. Оба барабана равны по длине и диаметру и выполнены конструктивно одинаково. За барабаном 3 расположен третий барабан 4 для чистового ополаскивания проточной водой. Все три барабана установлены на валу 7 и совершают вращательное движение.

Первые два барабана выполнены щелевыми из фасонных изогнутых полос, а третий — перфорированный с установленным внутри душирующим устройством. Удаление загрязнений из ванны производится через люки 10 при санитарной обработке машины.

Сырье из лотка 1 поступает в барабан 2, затем лопастями перебрасывается в барабан 3, при этом загрязнения через щели проходят в ванну и осаждаются на днище. Специальным ковшом сырье подается в барабан 4, из которого направляется в лоток 9 и затем на последующую обработку.

В барабанных овощемоечных машинах периодического действия обычно используется один барабан, загрузка корнеклубнеплодов осуществляется через люк в его торцевой стенке. Барабан устанавливается в поддоне с проточной водой на расстоянии меньшем половины диаметра. Поддон оснащен спускным желобом с затвором. Разгрузка производится при открытом люке и затворе, причем люк совмещается со спускным желобом.

Технические характеристики:

Техническая производительность, кг/ч 3000−4000

Максимальная установленная мощность, кВт 1,1

Максимальное потребление воды (давление 2−3 МПа), куб. м/ч 2,0

Габаритные размеры, мм 3390×1270×1600

Масса, кг 840

Машина моечная барабанная А9-КМ-2 представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 Машина моечная барабанная 1, 9 — лоток приемный; 2, 3, 4 — барабаны; 5 — мотор-редуктор; 6 — цепная передача; 7 — вал; 8 — запорный вентиль; 10 — люк; 11 — каркас; 12 — ванна.

Описание конструкций машины. Машина барабанная моечная А9-КМ-2 состоит из следующих узлов: станина, барабан, опорные ролики, водосистема, привод.

Станина представляет собой сварную конструкцию из угловой профильной стали и предназначается для крепления всех узлов машины. Основным техническим узлом машины является наклонно установленный на 4х роликах перфорированный барабан, который состоит из обечайки, изготовленной из листовой нержавеющей стали, на которой приварены 2 реборды, внутри обечайки приварена спираль из листовой нержавеющей стали. При помощи спирали картофель продвигается вдоль барабана. Для удаления отходов промывки в стенках обечайки имеются отверстия.

Водосистема состоит из коллектора и кронштейна. Коллектор проходит через весь барабан внутри его и служит для подачи водыв зону мойки картофеля. Коллектор крепится к станине при помощи кронштейна.

Ведущий вал состоит из оси, двух роликов и звездочки. Вал вращается в подшипниках. Движение барабану передается за счет сил трения, возникающих между ребордами и роликами.

Привод состоит из червячного редуктора и электродвигателя. Вращение от электродвигателя через червячный редуктор и цепную передачу передается на оба ведущих вала

2.3 Выбор и обоснование конструкционных материалов

Материалы, из которых изготавливают аппараты, должны обеспечивать их надежность и прочность. Материалы, которые контактируют с продуктом, должны быть химически стойкими, нейтральными, не подвергаться коррозии, хорошо очищаться и быть стойкими к моющим средствам.

По назначению они делятся на:

· конструкционные

· теплоизоляционные

· электромеханические

В качестве конструкционных материалов используют черные и цветные металлы, их сплавы.

По свойствам материалы делятся на:

· коррозийностойкие (нержавеющие)

· жаростойкие с нагрузкой менее +550⁰ С

· жаропрочные с нагрузкой более +600⁰ С

Для изготовления корпусных деталей используют углеродистые стали. Для деталей, испытывающих большие нагрузки, применяют качественные углеродистые нержавеющие стали марок 40Х, 20Х, 12Х17.

Для деталей, контактирующих с продуктом, используются легированные стали марок Х12, 9ХС, 9Х13Т и высоколегированные коррозийно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные стали Х18Н9, Х18Н9Т, 12Х18Н10Т.

Для буквенного обозначения используют символы: Х-хром, Н-никель, Т-титан, С-кремний, Г-марганец.

Для барабана подходит сталь легированная 12Х1810Т (Х18Н10Т) по ГОСТ 5949–75, S_B=510 МПа, S_T=196 МПа.

Для вала и звездочек подходит сталь легированная конструкционная 35 по ГОСТ 192.82−93, S_B=530 МПа, S_T=314 МПа.

Для уголков подходит сталь легированная конструкционная 10 по ГОСТ 192.82−93, S_B=392 МПа, S_T=245 МПа.

Материалы на основные узлы машины представлены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 Материалы на основные узлы машины барабанной моечной

2.4 Технологический расчет

Наименьшее число оборотов, при котором сырье, находящееся в барабане, не отрываясь от его стенок, начинает вращаться вместе с ним, называется критическим числом оборотов барабана моечной машины n_кр, об/мин.

Критическое число оборотов барабана n_кр, об/мин

(2.1)

где D_б — диаметр барабана, 3 м.

об/мин

Рабочее число оборотов барабана n_р, об/мин

n_p = ?_б * n_кр (2.2)

где ?_б — опытный коэффициент, 0,20.

n_p = 0,20 * 24,42 = 4,88 об/мин

Cкорость поступательного движения сырья вдоль барабана v_n, м/с

v_n = k * D_б * tg? * n_p / 60 (2.3)

где? — угол наклона барабана, 2⁰;

k — коэффициент, учитывающий унос сырья водой и подъем сырья на высоту, меньшую диаметра барабана, 2.

v_n = 2 * 3 * tg 2 * 24,42 / 60 = 0,0852 м/с

По уравнению непрерывности потока можно определить площадь поверхности барабана f, м²

f = Q / (v_n * ?_б * ?_c) (2.4)

где Q — производительность, 1,5 т/ч или 0,41 кг/с;

?_c — насыпная масса сырья, 640 кг/м³.

f = 0,41 / (0,0852 * 0,20 * 640) = 0,0375 м²

Длина моечного барабана L_б, м

L_б = f / (П * D_б) (2.5)

L_б = 0,0375 / (3,14 * 3) = 3,9808 м

Мощность двигателя барабанных моечных машин непрерывного действия N, кВт

(2.6)

где g — ускорение свободного падения, 9,81 м/с².

кВт

2.5 Кинематический расчет

В пищевой промышленности для проведения процессов мойки картофеля применяются машины, рабочим органом которых является медленновращающаяся оболочка барабана, располагаемая горизонтально, либо слегка наклонно. Картофель, обрабатываемый продукт, засыпается в барабан и при вращении последнего перемещается в осевом направлении, одновременно подвергаясь обработке водой.

Размеры барабана определяются необходимым объемом рабочего пространства. Внутренняя поверхность барабана бывает либо гладкой, либо с насадками, лопастями, винтовыми вставками. Снаружи на барабан устанавливаются бандажи (кольца прямоугольного, квадратного или коробчатого сечения) и венцовое зубчатое колесо. Каждый бандаж опирается на два ролика или две пары роликов, обеспечивающих свободное вращение барабана. Нагрузка от барабана с заполненным материалом передается бандажами на ролики (опоры) и далее на основание машины. Вращение барабана осуществляется через венцовое зубчатое колесо от привода. По обоим концам барабана устанавливаются камеры для загрузки и выгрузки материала, а также для отвода вторичного сырья.

Время пребывания материала в гладком пустом барабане зависит от длины барабана L, его диаметра D, угла наклона к горизонту ?, угловой скорости вращения ?, параметров и расположения вставок, угла естественного откоса материала.

Окружная скорость не должна быть больше 1 м/с.

Окружная скорость барабана v_б, м/с

v_б = 0,5 D? (2.7)

где? — угловая скорость вращения барабана, 0,21;

D_б — диаметр барабана, 3 м.

v_б = 0,5 * 3 * 0,21 = 0,315 м/с < 1 м/с

Скорость перемещения продуктов в барабане в осевом направлении v₀, м/c

v₀ = v_б * tg? (2.8)

где? — угол наклона барабана, 2⁰.

v₀ = 0,315 tg 2⁰ = 0,011 м/с

Время пребывания продукта в барабане Т, мин

? = L_б / v₀ (2.9)

где L_б — длина моечного барабана, 3,9808 м.

? = 3,9808 / 0,011 = 361,8909 с = 6,03 мин

Коэффициент заполнения k₃ (отношение площади сечения барабана, заполненной материалом, ко всему поперечному сечению барабана)

k₃ = f / F (2.10)

где f — площадь сечения барабана, заполненная продуктом;

F — площадь сечения барабана.

Примем k₃ = 0,1.

Производительность машины с гладким барабаном (пропускная способность гладкого барабана без учета влияния частиц продукта друг на друга, их отдаленности от оси барабана и угла естественного откоса) П, т/ч

П = 0,785 k₃ D²? v₀ (2.11)

где? — плотность продукта, 1100 кг/м³.

П = 0,785 * 0,1 * 3² * 1100 * 0,011 = 8,5486 кг/с = 512,916 кг/мин = 30,77 т/ч

В соответствии с рекомендацией толщина стенки барабана ?, мм

? = 0,01D (2.12)

? = 0,01D = 0,01 * 3 = 0,03 м = 30 мм

При конструировании крепления барабана на башмаках и подкладках усиливающее кольцо вваривается в корпус. Головки башмаков попеременно располагаются обеим сторонам бандажа. Подкладки служат для лучшего центрирования бандажа.

Для понижения местных напряжений и распределения нагрузки на большее сечение под бандажами и венцовым зубчатым колесом вваривается усиливающее кольцо, толщина которого ?_К берется в 1,5−2 раза больше толщины барабана.

Толщина усилившегося кольца ?_К, мм

?_К = 1,5? (2.13)

?_К = 1,5 * 0,03 = 0,045 м = 45 мм

Сила тяжести барабана с двумя усиливающими кольцами, изготовленными из стали СТ5, G_б, Н

G_б = П * [(D + ?)? + 0,2 (D + ?_К) ?_К] ?₆g (2.14)

где ?₆ — плотность материала барабана, сталь, 7700 — 7900 кг/м?;

g — ускорение свободного падения, 9,81 м/с².

G_б = 3,1416 * [(3 + 0,03) 0,03 + 0,2 (3 + 0,045) 0,045] * 7700* 9,81 = 2807,4609 Н

Сила тяжести продукта, находящегося в барабане, G_П, Н

G_П = 0,785*0,1D²L_б?_б9,81 (2.15)

G_П = 0,785 * 3² * 0,1 * 3,9808 *1100 * 9,81 = 30 348,9882 Н

Суммарная сила тяжести барабана и продукта G_с, Н

G_с = 2807,4609 + 30 348,9882 = 33 156,4491 Н

Учитывая на барабане наличие венцового зубчатого колеса и других неучтенных конструкций, примем G_с = 35 000 Н.

Примем, что барабан покоится на двух опорах. На каждую опору в этом случае будет приходиться нагрузка, равная 0,5 * 35 000 = 17 500 Н. В каждой опоре имеется 2 ролика. Опоры роликов устраиваются так, чтобы обеспечить возможность их перемещения в радиальном направлении и вокруг оси вращения барабана.

Примем угол расположения ролика (угол, под которым расположена опора)? = 30⁰.

Реакция опоры Т, Н

Т = 0,5G / cos? (2.16)

где G — сила тяжести части барабана с загруженным материалом, отнесенная к данной опоре.

Т = 0,5 * 17 500 / cos 30⁰ = 10 103,6297 Н

Сила, сдвигающая опору по горизонтали относительно основания машины Т¹, Н

Т¹ = Т sin? = 0,5G / cos? (2.17)

Т¹ = 10 103,6297 * sin 30⁰ = 5051,8148 Н

Сила, прижимающая опору к основанию машины Т¹¹, Н

Т¹¹ = Т cos? = 0,5G (2.18)

Т¹¹ = 10 103,6297 * cos 30⁰ = 8749,9999 Н

Примем, что опора и основание изготовлены из стали, тогда коэффициент трения между опорой и основанием машины f = 0,15.

Усилие среза болтов (считаем их незатянутыми), прикрепляющих опору к основанию машины Р, Н

P = 0,5G (tg? — f) (2.18)

P = 0,5 * 10 103,6297 * (tg 30⁰ — 0,15) = 2158,8944 Н

Ширина бандажа b_б, мм

b_б = Т / q (2.19)

где q — допускаемая интенсивность распределенной нагрузки по длине площадки касания бандажа и ролика, от 1 МН/м (для относительно быстро вращающихся барабанов) до 2,4 МН/м (для медленно вращающихся барабанов со скоростью 3−4 об/мин).

b_б = 10 103,6297 / (2,4 * 10⁶) = 4,2098 * 10^-3 м = 4,2098 мм

Принимаем в соответствии с рядом нормальных линейных размеров Ra510 (Приложение «Нормальные линейные размеры по ГОСТ 6638–69, мм», [7]) b_б = 5 мм.

Ширину ролика b_р принимаем несколько больше ширины бандажа в соответствии с рядами нормальных линейных размеров. Ширину ролика в соответствии с рядом нормальных линейных размеров Ra5 принимаем (Приложение «Нормальные линейные размеры по ГОСТ 6638–69, мм», [7]) b_р = 6,3 мм

При этом необходимо учитывать линейное удлинение барабана от температуры, если рабочая температура технологического процесса t_T больше температуры окружающей среды t₀. Надо учитывать еще и перемещение бандажа по ролику в связи с линейным удлинением барабана под действием рабочей температуры на длине расположения роликовых опор (Приложение «Температурные коэффициенты линейного расширения некоторых металлов», [7]). Температурный коэффициент линейного расширения стали в пределах указанных рабочих температур (20 — 100 ⁰С) ?. = 11,4 * 10^-6 l/°C

Отдельные цилиндрические обечайки барабана соединяются сваркой двухрядными швами с накладкой из двух половин. Для достижения меньшего изгибающего момента (значительно меньше, чем при расположении опор по краям барабана) выбирается расстояние между опорами, равное 0.586L.

Удлинение барабана l, мм

l =? (t_T — t₀) L₁ (2.20)

где L₁ — расстояние между опорами, 0.586 L_б.

l = 11,4 * 10^-6 (100 — 20) 0,586 * 3,9808 = 2,1274 * 10^-3 м = 2,1274 мм

Для облегчения монтажа и большей надежности работы опорного устройства ширину ролика в ряде случаев увеличивают на 25−40% по сравнению с шириной бандажа. Ширина ролика окончательная b_р = 6,3 мм.

По сравнению с шириной бандажа увеличение ролика, %

(6,3 — 4,2098) * 100 / 4,2098 = 49,65%

По этому параметру ширину ролика увеличивать больше не следует.

Наружный диаметр бандажа D_н принимается равным сумме следующих величин: диаметра барабана D, удвоенной толщины ввариваемого усиливающегося кольца, удвоенных высот сочетаний подкладки под башмаки, самого башмака и бандажа.

Зададимся высотой сечения бандажа, равной 30 мм; высотой сечения подкладки под башмаки, равной 5 мм; высотой сечения башмака, равной 1 мм.

Наружный диаметр бандажа D_н, мм

D_н = 3 + 2 (0,04 + 0,005 + 0,01 + 0,03) = 3,17 м = 3170 мм

Диаметр ролика d_p можно принимать равным двум диаметрам цапфы, а диаметр цапфы — несколько меньше ширины ролика. Сочетание всех размеров ролика должно быть конструктивно оправдано. Примем диаметр ролика d_p = 22 мм.

Проверку на контактные напряжения, возникающие в материале бандажей и роликов, производят на основании формулы

(2.21)

Проведем проверку на контактные напряжения, возникающие в материале бандажей и роликов. Предварительно найдем (Приложение «Значения модуля продольной упругости и коэффициента Пуассона», [7]) для стали СТ5 (барабана) модуль продольной упругости и для чугуна СЧ18 (ролика):

Е₁ = 2 * 10⁵ МПа

Е₂ = 0,8 * 10⁵ МПа

Полученное значение превышает допускаемые контактные напряжения для стали и чугуна (Приложение «Механические характеристики зубчатых колес», [7]).

Для увеличения длины линии действия нормальной силе при контакте бандажа с роликами добавим еще по два ролика в каждой опоре.

Па

Это напряжение незначительно превышает допускаемое контактное напряжение материала бандажа, а поэтому расчет можно считать законченным.

2.6 Силовой расчет

Для выбора электродвигателя и кинематического расчета воспользуемся следующими исходными данными.

1. Требуемая мощность электродвигателя P_тр, кВт

P_тр = 1,1 кВт

2. Угловая скорость барабана ?_б, рад/с

?_б = 0,21 рад/с

3. Частота вращения барабана n_б, об/мин

n_б = 4,8 об/мин

По требуемой мощности P_тр = 1,1 кВт с учетом возможностей привода, состоящего из цилиндрического редуктора и цепной передачи выбираем электродвигатель трехфазный короткозамкнутый серии 4А, закрытый, обдуваемый, с синхронной частотой вращения 750 об/мин с параметрами P_дв = 1,5 кВт и скольжением 7% по ГОСТ 19 523–81(Приложение «Электродвигатели асинхронные серии 4А, закрытые обдуваемые», [5]).

Номинальная частота вращения n_дв, об/мин

n_дв = 750 — 70 = 680 об/мин

Угловая скорость двигателя ?_дв, рад/с

(2.22)

Проверим общее передаточное отношение i

(2.23)

Частные передаточные числа (они равны передаточным отношениям) можно принять: для редуктора по ГОСТ 2185–66 i_р = 63, для цепной передачи i_ц = 141,6 / 63 = 2,24.

Частоты вращения и угловые скорости валов редуктора и приводного барабана представлены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 Частоты вращения и угловые скорости валов и барабана

Вращающие моменты

1. На валу шестерни Т₁, Н*мм

(2.24)

2. На валу колеса Т₂, Н*мм

Т₂ = Т₁i₁ (2.25)

Т₂ = 21,07*10³*63 = 1377,41*10³ Н * мм

Расчет цепной передачи. Выбираем приводную роликовую однорядную цепь (Таблица «Цепи приводные роликовые однорядные ПР по ГОСТ 13 568–75», [5]).

Вращающий момент на ведущей звездочке

Т₃ = Т₂ = 1377,41*10³ Н * мм

Число зубьев ведущей звездочки

z₃ = 31 — 2i_ц (2.26)

z₃ = 31 — 2 * 2,24 = 26,52 =27

Число зубьев ведомой звездочки

z₄ = z₃i_ц (2.27)

z₄ = 27 * 2,24 = 60,48

Принимаем z₃ = 27 и z₄ = 60. Тогда фактическое i_ц:

(2.28)

Отклонение, %

0,89% < 1,0%, что допустимо.

Расчетный коэффициент нагрузки К_э

К_э = k_дk_аk_нk_рk_смk_п (2.29)

где k_д — динамический коэффициент при спокойной нагрузке (передача к ленточному конвейеру), k_д = 1;

k_а — коэффициент, учитывающий влияние межосевого расстояния, при а_ц? (20 — 60) t k_а = 1;

k_н — коэффициент, учитывающий влияние угла наклона линии центров, при угле менее 60⁰ k_н = 1;

k_р — коэффициент, учитывающий способ регулирования натяжения цепи, при периодическом регулировании натяжения цепи k_р = 1,25;

k_см — коэффициент, учитывающий непрерывность смазки, k_см = 1;

k_п — коэффициент, учитывающий непрерывность работы в сутки, при односменной работе k_п = 1.

К_э = 1 * 1 * 1 * 1,25 * 1 *1 = 1,25

Для определения шага цепи надо знать допускаемое давление [p] в шарнирах цепи. Допускаемое давление [p] задано в зависимости от частоты вращения ведущей звездочки и шага t (Таблица «Допускаемое давление в шарнирах цепи [p]», [5]). Поэтому для расчета шага t величиной [p] следует задаваться ориентировочно.

Частота вращения ведущей звездочки n₂, об/мин

(2.30)

Среднее значение допускаемого давления при n=50 об/мин [p] = 36 МПа.

Шаг однорядной цепи t, мм

(2.31)

Подбираем цепь ПР-31, 75−88, 50 по ГОСТ 13 568–75, имеющую шаг t = 38,1 мм; разрушающую нагрузку Q = 127 кН; массу q = 5,5 кг/м; А_оп = 394 мм² (Таблица «Цепи приводные роликовые однорядные ПР», [5]).

Скорость цепи v, м/с

(2.32)

Окружная сила F_тц, Н

(2.33)

Давление в шарнире р, МПа

(2.34)

Допустимое давление [p], МПа

[p] = 31[1+0,01(z₃ — 17)] (2.35)

где 31МПа — табличное значение допускаемого давления при = 50 об/мин и t = 38, 1 мм (Таблица «Допускаемое давление в шарнирах цепи», [5]).

[p] = 31[1+0,01(27 — 17)] = 34,1 МПа

Условие p < [p] выполнено.

Определяем число звеньев цепи L_t

L_t = 2a_t + 0,5z_? + ?²/a_t (2.36)

где a_t = a_ц / t = 50;

z_? = z₃ + z₄ = 27 + 60 = 87;

L_t = 2 * 50 + 0,5 * 87 + 5,25²/50 = 144,05

Округляем до четного числа L_t = 144.

Уточняем межосевое расстояние цепной передачи а_ц, мм

(2.37)

Для свободного провисания цепи предусматриваем возможность уменьшения межосевого расстояния на 0,4%, т. е. на 1904,01 * 0,004 = 7,61 мм.

Диаметры делительных окружностей звездочек d_д, мм

(2.38)

Диаметры наружных окружностей звездочек D_в, мм

(2.39)

где d₁ — диаметр ролика цепи, 22,23.

Силы, действующие на цепь:

1. Окружная сила F_тц, Н

F_тц = 8570,55 Н

2. От центробежных сил F_v, Н

F_v = qv² (2.40)

F_v = 5,5 * 0,18² = 0,17 Н

3. От провисания F_f, Н

F_f = 9,81k_fqa_ц (2.41)

где при угле наклона передачи 45⁰ k_f = 1,5.

F_f = 9,81 * 1,5 * 5,5 * 1,904 = 154,09 Н Расчетная нагрузка на валы F_в, Н

F_в = F_тц + 2F_f (2.42)

F_в = 8570,55 + 2 * 154,09 = 8878,73 Н Проверяем коэффициент запаса прочности цепи s

(2.43)

Это больше, чем нормативный коэффициент запаса [s] = 7,5 (Таблица «Нормативные коэффициенты запаса прочности приводных роликовых цепей нормальной серии ПР и 2ПР», [5]). Следовательно, условие s > [s] выполнено.

3. Техника безопасности при работе на данной машине

Органы управления машины барабанной моечной А9-КМ2 должны находиться в пределах досягаемости рук и ног человека. Специальные ограждения должны исключать попадание на пол воды, картофеля. Все вращающиеся части машины во избежание травмирования работающих на них людей должны быть закрыты ограждающим покрытием. Уровни шума и вибрации на рабочем месте не должны превышать значений, указанных действующими стандартами. Материалы и защитные покрытия, применяемые в конструкциях, должны допускать санитарную обработку машины холодной или горячей водой.

Для электробезопасности кабели в машине располагают в трубах или в гибких металлических рукавах, защищающих их от повреждений. Металлические корпуса электрооборудования должны быть заземлены на раму машины. Сопротивление изоляции должно составлять не менее 1 Мом.

Электрооборудование желательно применять в водозащищенном исполнении. В машине должны быть установлены выключатели, которые размыкают электрические цепи при ошибочном вскрытии кожухов машины. При эксплуатации запрещается:

1. Работать без предварительного инструктажа на рабочем месте по обслуживанию машины и охране труда.

2. Удалять на ходу у машины картофель из барабана.

3. Регулировать механизмы и устранять дефекты на ходу машины

Требования промышленной санитарии

Перед началом работы:

1. Привести в порядок спецодежду, застегнуть рукава, заправить одежду так, чтобы не было развивающихся концов, надеть плотно облегающий головной убор и подобрать под него волосы.

2. Проверить исправность инструмента, инвентаря, использовать только маркированный инвентарь.

3. О замеченных неисправностях сообщать начальнику смены.

Во время работы:

1. При работе пользоваться только исправным оборудованием. Чистоту рук и санитарной одежды рабочих определяют путем исследования смывов, взятых перед началом работы, на присутствие БГКП и в особых случаях (при отравлениях) — на обсеменение золотистым стафилококком. Наличие БГКП в смывах не допускается.