Расчет картофелеочистительной машины

1. Обзор картофелеочистительной машины

1.1 Виды картофелеочистительных машин

1.2 Основные параметры картофелеочистительной машины

2. Технологический расчет картофелеочистительной машины

3. Примеры расчета картофелеочистительных машин периодического действия

3.1 Рассчитать конусную картофелеочистительную машину

3.2 Рассчитать дисковый картофелеочистительный механизм Список литературы

Картофелеочистительная машина, — аппарат, незаменимый для быстрого и аккуратного, то есть эффективного, удаления кожуры корнеплодов — клубней картофеля, моркови, свеклы, а также твёрдых овощей. Картофелеочистительная машина позволяет добиться результата, которого могут добиться несколько работников кухни одновременно. Картофелеочистительная машина экономит время работников кухни, что позволяет повысить эффективность их труда, а также обладает простой и надёжной конструкцией, исключающей возможность травм при её использовании. Очистка овощей производится для удаления с сырья поверхностного слоя, не имеющего большой пищевой ценности. Данная операция проводится различными способами. На предприятиях общественного питания распространен в основном механический способ очистки овощей. При этом способе наружный покров сдирается с овощей за счет сил трения, возникающих в зоне контакта продукта с шероховатыми очистительными поверхностями во время относительного их перемещения (проскальзывания).

Для этого клубень должен прижиматься с шероховатой поверхности с определенным усилием, чтобы абразивные частички поверхности углубились в него, а при дальнейшем движении произошло микросрезание кожицы. Очистку механическим способом можно назвать гидромеханической, поскольку она всегда сопровождается интенсивным воздействием воды для смывания с рабочих органов и клубней отделенных частиц и удаления их из рабочей камеры. При очистки отдельные участки поверхности клубней многократно контактируют с абразивными поверхностями, что приводит к сдиранию не только кожуры, но и части мякоти клубней, увеличивая тем самым количество отходов. Для его снижения перед загрузкой в рабочую камеру клубни должны быть вымыты, перебраны и откалиброваны по размерам.

Экономически целесообразно прекращать очистку на машине, когда очищается 85 — 90% клубней. Места залегания глазков, участки с вогнутой поверхностью, с механическими и биологическим повреждениями дочищаются вручную. Согласно ГОСТ 7306– — 73, полностью очищенным считается клубень, у которого кожура сохраняется в углублениях, а также не более чем на трех участках поверхности, наибольший размер которых от 1 до 3 мм.

Качество очистки и количество получаемых отходов зависят от способа очистки, конструктивных особенностей оборудования, сорта, условий и длительности хранения сырья и других факторов. В среднем содержание отходов при механической очистке составляет 35 — 38%.

Перезагрузка или недогрузка рабочей камеры ухудшают качество очистки. При перезагрузке увеличивается время пребывания клубней в машине, что приводит к большим потерям за счет излишнего истирания клубней и неравномерной очистке всей загружаемой порции сырья. При недогрузке происходит снижение производительности и частичное разрушение мякоти клубней от ударов о стенки машины, что приводит к потемнению продукта после очистки.

1. Обзор картофелеочистительной машины

1.1 Виды картофелеочистительных машин

По форме рабочего органа картофелеочистительные машины периодического действия подразделяются на дисковые, дисковые с закругленными краями и конусные. Дисковые картофелеочистительные машины имеют рабочий орган в виде металлического вращающегося диска, верхняя поверхность которого волнообразной формы и выполнена из абразивных материалов. На поверхности имеется от двух до четырех волн, высота которых увеличивается от центра диска к его краям. Иногда волны выполняют отдельно от металла или другого материала и устанавливают на диск. Некоторые машины имеют рабочие органы в виде вогнутой чаши с плавным переходом от горизонтальной поверхности к наклонной. Наличие волн препятствует одновременному вращению продукта и рабочего органа.

Конусные картофелеочистительные машины имеют рабочий орган в виде вращающегося шероховатого усеченного конуса с волнами.

Отходы через кольцевой зазор между рабочим органом и стенкой камеры поступают к вертикальным лопаткам, расположенным на нижней стороне рабочих органов, и выводятся через сливной патрубок.

По окончании цикла очистки сырья подача воды прекращается и открывается дверца. Через открывшееся в стенке камеры окно клубни под действием центробежной силы выбрасываются наружу.

1.2 Основные параметры картофелеочистительной машины

Основными параметрами, влияющими на качество очистки, производительность и мощность машины, являются диаметр и высота рабочей камеры, угол подъема волны, угол конусности и частота вращения рабочего органа.

Для обеспечения циркуляции клубней на рабочем органе и возможности перемещения их от центральной части диска к его краям (или на конусную часть) минимальный диаметр рабочей камеры должен составлять не менее четырех диаметров клубней (D_min > 4д, где дсредний диаметр клубня, м). При D < 4д количество отходов значительное, клубни имеют изрытую поверхность, т.к. вместо трения они подвергаются непрерывным ударам о рабочие поверхности диска и стенки камеры. Диаметр диска определяется с таким расчетом, чтобы радиальный зазор е между ним и стенкой рабочей камеры не превышал 5 мм. По высоте цилиндрической части рабочей камеры должно укладываться не менее двух клубней. Обычно высоту цилиндрической части с учетом угла естественного откоса принимают равной радиусу рабочей камеры H? 0,5D.

В конусных картофелеочистительных машинах общую высоту рабочей камеры (включая высоту h_k и обечайки h_o) можно принять равной диаметру камеры, то есть

H_об =H+h_k+h_o=D.

При этом считается, что на конической части абразивного диска должен размещаться один клубень, поэтому h_k? дcosи (где иполовина угла при вершине конуса, град), а высота конической обечайки принимается не менее радиуса клубня h₀? 0,5д. Для дисковых машин угол подъема волны составляет ц_д = 2−25⁰, для конусных — ц_к = 17 — 19⁰. При угле подъема волны более 25⁰ резко усиливается удар клубня в стенку и увеличивается его подъем, что приводит к нежелательным деформациям клубня.

Минимальная частота вращения рабочего органа определяется, исходя из условия, что клубень, попавший в центральную часть очистительного диска, должен быть отброшен центробежной силой на его периферию. Это условие выполняется в том случае, если центробежная сила, действующая на клубень, находящийся на минимальном расстоянии от центра вращения рабочего органа, будет больше силы трения между клубнями и поверхностью трения (без учета перекатывания клубня), то есть С > Т. При этом обеспечивается проскальзывание клубня по рабочему органу, его перекатывание и продвижение к стенке при минимальном ударе. При малых значениях частоты вращения может отсутствовать проскальзывание (сдирание кожицы), а при очень больших частотах будут наблюдаться проскальзывание клубня без перекатывания и сильный удар в стенку, что приведет к деформации клубня. Движение клубня по дисковому или днищу конусного рабочего органа сопровождается проскальзыванием, то есть клубень вращается вместе с диском, но с меньшей скоростью. Проскальзывание выражается коэффициентом проскальзывания К_ск, с учетом которого скорость продукта относительно диска щ?_к и абсолютная скорость продукта щ_к будут, соответственно, равны:

щ?_к = щ_рК_ск = щ_р ((щ_р — щ_к)/щ_р); щ_к = щ_р(1 — К_ск),

где щ_р и щ_к — угловая скорость рабочего органа и продукта, рад/с.

Принимая во внимание полученные формулы, условие отбрасывания клубня от центра к периферии можно записать в следующем виде:

Mщ_р²(1-К_ск)²r_min > mgf,

где m — масса клубня, кг; r_min — минимальное расстояние от центра вращения рабочего органа до центра тяжести клубня, м, обычно принимается r_min = 0,5д; g — ускорение силы тяжести, м/с²; f — условный коэффициент трения между продуктом и абразивной поверхностью, f = 0,8 — 1,3.

Коэффициент проскальзывания изменяется в широких пределах: К_{ск min} = 0,2 для продукта, расположенного в центральной части рабочего органа; К_{ск max} = 0,9 для продукта расположенного около стенки камеры. Для рассматриваемых условий принимается К_{ск min}.

Зная, что щ_р =

(где n_min — минимальная частота вращения рабочего органа, об/мин), из уравнения имеем:

n_min >

Для интенсификации процесса очистки действительное число оборотов с учетом некоторого запаса величины центробежной силы увеличивается по сравнению с расчетным: для дисковых картофелеочистительных машин — на 20 — 25%, для конусных — на 50 — 60%.

При вращении клубня на коническом рабочем органе на него действуют центробежная сила

С = mщ_р²(1 — К_ск)²r

(где r — расстояние от оси вращения до центра тяжести клубня, м) и сила тяжести клубня G = mg. Кроме того, в месте контакта клубня с рабочей поверхностью возникает сила трения Т.

Центробежная сила и сила тяжести раскладываются на две составляющие. При этом сумма нормальных составляющих Сn и Gn уравновешивается противоположно направленной силой реакции N со стороны наклонной поверхности. Вторые составляющие будут, соответственно, равны:

С_о = mщ_р²(1 — К_ск)²r sin и и G_o = mg cos и.

Для обеспечения перекатывания клубня с рабочего органа на стенку камеры необходимо, чтобы соблюдалось условие С_о > G_o. Подставляя соответствующие значения из уравнения и решая полученное неравенство относительно угла при вершине конического рабочего органа, получим:

tg и >

При выборе рекомендуемого значения угла конусности рабочего органа и = 300, из уравнения определяется минимальное число оборотов рабочего органа, необходимое для попадания клубня на стенку рабочей камеры:

N_min >

2. Технологический расчет картофелеочистительной машины

картофелеочистительный машина производительность дисковый Производительность картофелеочистительной машины периодического действия определяется по формуле:

Q_д

Где m_n — масса единовременно загружаемого в рабочую камеру продукта, кг, Т_ц — продолжительность обработки порции с; V — геометрический объем рабочей камеры, м³; с_н — насыпная масса продукта, кг/м³; ц — коэффициент заполнения рабочей камеры, ц = 0,6 — 0,7; t_з, t_в — соответственно, продолжительность загрузки и удаления порции продукта из рабочей камеры, с (при расположении продукта, подлежащего обработке, в непосредственной близости от картофелечистки и предварительном отмеривании порции t_з = 5 — 10с, t_в = 5 — 6с); t₀ — продолжительность обработки продукта, с.

Для конусных картофелеочистительных машин общее время цикла обработки продукта Т_ц в среднем составляет 160 — 220 с; для дисковых картофелеочистительных машин — 90 — 120 с; для сменных механизмов с дисковым рабочим органом (настольных картофелечисток) — 210 — 240 с.

Геометрический объем рабочей камеры определяется следующим образом:

— для конусных картофелеочистительных машин с цилиндрической камерой объм рабочей камеры складывается из объемов рабочего очистительного конуса, отражательного конуса и цилиндрической части камеры:

V_k = (DІ +d₀² + Dd₀) + H,

Где d_k — диаметр дна конусной чаши рабочего органа, м; d₀ — диаметр верхнего основания усеченного конуса обечайки, м, обычно принимается равным диаметру откидной крышки;

— для конусных картофелеочистительных машин с цилиндрической камерой, по высоте цилиндрической части рабочей камеры H = D/2 покрытой абразивом

V_k =

— для конусных картофелеочистительных машин с конической камерой объем рабочей камеры складывается из объемов рабочего очистительного конуса и конической части камеры:

V_k = +DD₀),

где D₀ — диаметр малого основания рабочей камеры, м;

— для дисковых картофелеочистительных машин:

V_д =

а поскольку обычно H = D/2,то

V_д =

При известном объеме рабочей камеры конусной картофелеочистительной машины ее диаметр допускается считать по приближенной формуле:

D =

Технологическая мощность картофелеочистительных машин периодического действия можно определить по формуле:

N = N₁ +N₂, В_т,

где N₁ — мощность, необходимая для преодоления силы трения клубней друг о друга, о диск и стенку камеры, В_т; N₂ — мощность, затрачиваемая на подъем массы клубней в рабочей камере, Вт.

Первое слагаемое мощности определяется независимо от типа картофелеочистительной машины по следующей формуле:

N₁ = M_трщ_р = Т_трr_трщ_р = mgfц_mr_тр

где М_тр — момент трения между рабочим органом и продуктом, Н_м; Т_тр — суммарная сила трения, Н; r_тр — радиус приложения суммарной силы трения, м, (для дисковых картофелеочистительных машин r_тр = 0,33D, для конусных машин r_тр = 0,4D); ц_т — коэффициент, учитывающий, что не все подброшенные клубни создают силы трения (для конусных картофелеочистительных машин ц_т = 0,5 — 0,7, для дисковых — ц_т = 0,8 — 0,9); n — частота вращения очистительного диска, об/мин.

Мощность, затрачиваемая на подъем массы клубней в рабочей камере:

— для дисковых картофелеочистительных машин

N_2д = mgH_пд ,

где Н_пд — высота подброса клубней, м, принимается равной полезной высоте рабочей камеры, Н_пд = Н; z — число волн на очистительном диске, шт; К_ск — коэффициент проскальзывания клубня относительно диска, К_ск = 0,4 — 0,7;

— для конусных картофелеочистительных машин

N_2k = mgH_пк ,

где Н_пк — высота подброса клубней, м, Н_пк = Н+h_k; k_n — коэффициент подброса клубней, k_n = 0?5 — 0,7.

3. Примеры расчета картофелеочистительных машин периодического действия

3.1 Рассчитать конусную картофелеочистительную машину

Исходные данные: производительность машины Q = 250кг/ч; средний диаметр клубня д = 0,07 м; половина угла при вершине конуса и = 30⁰; продолжительность цикла обработки порции продукта Т_ц = 3мин; обрабатываемый продукт — свекла.

Определить: геометрические размеры рабочей камеры машины D и Н_об; частоту вращения рабочего органа n_min; массу единовременной загрузки продукта m и мощность электродвигателя N.

Последовательность расчета:

1.Вычисляем объем камеры из формулы при насыпной массе свеклы с_н = 650 кг/м³ и коэффициент заполнения рабочей камеры ц = 0,65:

V_k =

2.Определяем диаметр рабочей камеры по формуле:

D =

3.Проверяем условие обеспечения циркуляции клубней на рабочем органе и возможности перемещения их от центральной части диска на конусную часть: D_min > 4д = 4*0,07 = 0,28 м. Поскольку D > D_min, то условие обеспечения циркуляции клубней на рабочем органе выполняется.

4.Вычисляем диаметр рабочего диска при принятом радиальном зазоре между ним и стенкой рабочей камеры е = 0,005 м по формуле:

D_д = D — 2е;

D_д = 0,36 — 2*0,005 = 0,35 м.

5.Общую высоту рабочей камеры принимаем равной диаметру камеры, то есть Н_об = 0,36 м. Высота чаши составит h_k? 0,07*0,866 = 0,06 м, высота обечайки ;

H_o ?0,5*0,07 = 0,035 м. Принимаем h_k = 0,1 м, h₀ = 0,05 м. Тогда высота цилиндрической части рабочей камеры составит H = 0, 36 — 0,1 — 0,05 = 0,21 м.

6.По полученным размерам рабочей камеры уточняем объем камеры для обработки продукта по формуле, приняв диаметр верхнего основания усеченного конуса обечайки d_o = 0,25 м. Диаметр дна конусной чаши рабочего органа при принятой толщине диска д_д =0,03 м определяем по приближенной формуле:

D_k? D_р — h_k*sinи — 2д_д;

D_k = 0,35 — 0,1*0,5 — 2*0,03 = 0,24 м;

V_k =

Принимаем V_k = 32л.

7.Массу порции загружаемого продукта находим из формулы:

m = 0,032*750*0,55 = 13,2 кг.

8.Уточняем теоритическую производительность машины:

Q_д = 60*

9.Минимальную частоту вращения рабочего органа, исходя из условия отбрасывания клубня от центра к периферии, определяем по формуле. Принимаем минимальное расстояние от центра вращения рабочего органа до центра тяжести клубня r_min = 0,5д = 0,5*0,07 = 0,035 м и коэффициент трения между продуктом и абразивной поверхностью f = 1,0. Тогда:

n_min >

10.Минимальное число оборотов конического рабочего органа, необходимое для попадания клубня на стенку рабочей камеры, определяем по формуле. Принимаем расстояние от оси вращения до центра тяжести клубня r = r_k = 0,12 м и коэффициент проскальзывания К_ск = 0,6. Следовательно,

n_min >

11.Определяем действительную частоту вращения конического рабочего органа для интенсификации процесса:

n = 1,6n_min;

n = 1,6*199,9 = 319,8 об/мин.

Окончательно принимаем n = 320 об/мин.

12.Мощность, необходимую для преодоления сил трения между рабочим органом и клубнями, клубней друг о друга и стенку камеры рассчитываем по формуле. Принимаем радиус приложения суммарной силы трения r_тр = 0,4D = 0,4*0,36 = 0,144 м и коэффициент, учитывающий, что не все подброшенные клубни создают силы трения, ц_т = 0,5. Тогда:

N₁ =

13.Мощность, затрачиваемую на подбрасивание клубней, вычисляем по формуле при коэффициенте подброса клубней k_n = 0,7:

N_2к =

3.2 Рассчитать дисковый картофелеочистительный механизм

Исходные данные: производительность механизма Q = 40кг/ч; средний диаметр клубня д = 0,06 м; продолжительность цикла обработки порции продукта Т_ц = 3,5мин; обрабатываемый продукт — картофель; количество волн на очистительном диске z = 3шт.

Определить: геометрические размеры камеры для обработки продукта D и Н; частоту вращения рабочего органа n_min; массу единовременной загрузки продукта m и мощность электродвигателя N.

Последовательность расчета:

1.Вычисляем объем камеры для обработки продукта при принятой насыпной массе картофеля с_н = 700кг/м³ и коэффициент заполнения рабочей камеры ц = 0,65:

V_д =

2.Приняв, что Н = 0,5D, определяем диаметр рабочей камеры механизма:

D =

Принимаем диаметр рабочей камеры D = 0,25 м.

3.Проверяем условие обеспечения циркуляции клубней на рабочем органе и возможности перемещения их от центральной части диска к его краям D_min > 4д = 4*0,06 = 0,24 м. Поскольку D > D_min, то условие обеспечения циркуляции клубней на рабочем органе выполняется.

Из принятого ранее соотношения Н = 0,5*0,25 = 0,125 м.

4.По принятым размерам рабочей камеры уточняем объем камеры для обработки продукта по формуле:

V_д =

5.Масса порции загружаемого для обработки продукта:

m = 0,613*700*0,65 = 2,79 кг.

6.Уточняем теоритическую производительность картофелеочистительного механизма:

Q_д = 60*

7.Вычисляем диаметр рабочего диска, приняв радиальный зазор между диском и стенкой рабочей камеры е = 0,003 м, по формуле:

D_д = D — 2е;

D_д = 0,25 — 2*0,003 = 0,244 м.

8.Минимальную частоту вращения рабочего органа при условии отбрасывания клубня от центра к периферии определяем по формуле. Принимаем расстояние от центра вращения рабочего органа до центра тяжести клубня r_min = 0,5д = 0,5*0,06 = 0,03 м и коэффициент трения между продуктом и абразивной поверхностью f = 1,3. Тогда:

n_min >

9.Для обеспечения интенсификации процесса очистки расчитываем действительную частоту вращения диска по формуле:

n = 1,25n_min;

n = 1,25*246,3 = 307,9об/мин. Окончательно принимаем n = 310об/мин.

10.Мощность, необходимую для преодоления силы трения клубней друг о друга, о диск и стенку камеры, рассчитываем по формуле при радиусе приложения суммарной силы трения r_тр = 0,33D = 0,33*0,25 = 0,0825 м и коэффициенте:

N₁ =

11.Мощность, затрачиваемую на подбрасывание массы, клубней в рабочей камере картофелеочистительного механизма, определяем по формуле, приняв коэффициент проскальзывания клубня К_ск = 0,7 и количество волн на диске

z = 3шт.:

N_2д =

12. Принимая механический КПД картофелеочистительного механизма ?_м = 0,8, определяем мощность, необходимую для работы механизма:

N = = 0,154кВт.

1.Азаров Б. М. Технологическое оборудование пищевых производств / Б. М. Азаров, Х. Аурих, С. Дичев и др.; под ред. Б. М. Азарова. — М.: Агропромиздат, 1988, — 464с.

2.Ботов М. И. Тепловое и механическое оборудование предприятий торговли и общественного питания / М. И. Ботов, В. Д. Елхина, О. М. Голованов. — М.: Издательский дом «Академия», 2002. — 464с.

3.Былинская Н. А. Механическое оборудование предприятий общественного питания и торговли / Н. А. Былинская, Г. Х. Леензон. — Изд. 2 — е, перераб. и доп. — М.: Экономика, 1980. 272с.

4.Гордон Л. И. Расчет и конструирование торгово — технологического оборудования / Л. И. Гордон, Т. А. Корнюшко, И. И. Лангенбах и др.; под общ. ред. В. Н. Шувалова и С. В. Харламова. — Л.: Машиностроение, Ленингр. отд — ние, 1985. — 336с.

5.Елхина В. Д. Механическое оборудование предприятий общественного питания / В. Д. Елхина, А. А. Журин, Л. П. Проничкина, М. К. Богачев. — М.: Экономика, 1981. — 320с.

6.Кавецкий Г. Д. Оборудование предприятий общественного питания / Г. Д. Кавецкий, О. К. Филатов, Т. В. Шленская. — М.: КолосС, 2004. — 304с.

7.Кошевой Е. П. практикум по расчетам технологического оборудования пищевых производств / Е. П. Кошевой. — СПб.: ГИОРД, 2005. — 232с.

8.Могильный М. П. Оборудование предприятий общественного питания / М. П. Могильный, Т. В. Калашнова, А. Ю. Баласанян; под ред. М. П. Могильного. — М.: Издательский центр «Академия», 2004. — 320с.

9.Мороз В. К. Курсовое и дипломное проектирование по курсу «Эксплуатация оборудования предприятий пищевой промышленности» / В. К. Мороз. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. — 200с.