Розробка машин для нарізання хліба
3.4.1 Машини для нарізання хліба (типу МРХ)
При розробці машин для нарізання хліба, як і інші машини періодичної дії, працюючих із порційними штучними продуктами, початковим параметром є кутова швидкість подачі робочого органу, яка дорівнює у даному випадку швидкості обертання водила (кількість різів за хвилину) і знаходиться із виразу:
; (3.4.1)
де Q – продуктивність, кг/год;
m – маса порції продукту, кг;
t1 – тривалість завантаження порції хліба, с;
L – довжина продукту, м;
n – частота обертання водила, хв-1;
h – товщина відрізаної скибки, м.
Для розрахунків приймають: m = 0,8...1,0 кг; L = 0,18… 0,2 м; t1 = 6...9 с.
Потрібна потужність визначається за формулою
(3.4.2)
де q – питомий опір різанню продукту, Н/м;
r – радіус водила, м (r = 0,09м);
D – величина діагоналі поперечного перерізу порції хліба, м;
η – ККД механічних передач від двигуна до ножа хліборізки.
Коефіцієнт ковзання розраховується за формулою
; (3.4.3)
де Кβ – коефіцієнт ковзання;
R – радіус дискового ножа, м;
α – кут загострення дискового ножа, о;
і – передатне відношення.
Для розрахунків приймають: R = 0,1555 м; α = 35º...40º.
За розрахованою споживчою потужністю підібрати електродвигун серії 4А.
Передатне відношення планетарної ланцюгової передачі знаходиться за формулою:
де Z1, Z2 – кількість зубців зірочок на валу водила і ножа, відповідно.
Кількість зубців меншої зірочки прийняти Z2 = 9...10, де менше значення Z2 відповідає більшим значенням kβ. Величину Z1 округлити до цілого числа.
Розрахунок ланцюгової передачі виконати далі за загальномашино-будівельною методикою, прийнявши, що передача, яка розраховується передає (0,7...0,8).N без урахування ККД. Неврахована частина потоку потужності витрачається на обертання ножа відносно головної осі.
3.5 Розробка машин і механізмів для просіювання та перемішування харчової сировини.
3.5.1 Просіювачі (типу МПП ІІ-1, МС 24, МПМ-800)
Теоретична продуктивність просіювача визначається за формулою
(3.5.1)
де Q – теоретична продуктивність просіювача, кг/год;
F0 – сумарна площа отворів барабана-сита, м2;
υ – швидкість проходження частинок крізь отвори барабана-сита, м/с;
ρH – насипна маса продукту, кг/м3 (приймають залежно від продукту, який просіюють);
φ – коефіцієнт використання поверхні сита, що показує, яку частину загальної площі бокової поверхні барабана-сита займає просіюваний продукт за стаціонарного режиму роботи.
За даними досліджень φ = 0,3…0,4. При цьому мінімальні значення φ приймають для сипучих продуктів із невеликими густиною та розмірами частинок, максимальні значення φ – для продуктів із великими відповідними показниками.
Для борошна всіх видів приймають φ = 0,3; для дроблених круп, дрібної солі і цукру φ = 0,35; для грубої солі φ = 0,4.
Сумарна площа отворів барабана-сита визначається за формулою
, (3.5.2)
де КС – коефіцієнт перерізу барабана-сита, що показує, яка частина площі бокової поверхні сита належить отворам (для плетених сит КС = 0,5…0,8; для сит № 1,2…1,4 КС = 0,5…0,6; для сит № 2,8 КС = 0,6…0,7; для сит №4 КС = 0,7…0,8);
DC – діаметр барабана-сита, м;
НС – висота барабана-сита, м.
Швидкість проходження частинок продукту крізь отвори барабана-сита визначають за формулою
(3.5.3)
де nС – частота обертання барабана-сита, с-1 (для розрахунків можна використати значення nС = 12….13с-1);
Кпр – коефіцієнт прослизання частинок продукту по поверхні барабана-сита (за експериментальними даними Кпр = 0,7…0,8).
Числове значення діаметра барабана-сита розраховується за формулою:
(3.5.4)
Значення НС визначають за формулою
Розрахунок потрібної потужності двигуна просіювача проводять після визначення його конструктивних особливостей (аналогічно з відомими машинами і механізмами, які використовуються для просіювання).
(3.5.5)
де N0 – потрібна потужність, кВт;
N1 – потужність, яка необхідна для подолання сили тертя продукту об поверхню барабана-сита, Вт;
N2 – потужність, яка необхідна для обертання барабана-сита з продуктом із заданою частотою, Вт;
η – загальний коефіцієнт корисної дії передатного механізму просіювача.
Значення N1 розраховують за формулою
(3.5.6)
де mпр – маса продукту, що завантажений у барабан-сито, кг;
g – прискорення вільного падіння, м/с2;
f – коефіцієнт тертя ковзання продукту об поверхню барабана-сита (значення f залежить від виду продукту та конструкції барабана-сита, для плетених сит приймають f = 0,82…0,92);
– кутова швидкість обертання барабана-сита, рад/с.
Масу продукту, яку завантажено в барабан-сито, розраховуємо за формулою:
де 
- коефіцієнт завантаження барабана-сита продуктом (приймають = 0,3…0,6).
Кутову швидкість обертання барабана-сита визначають за формулою:
Значення потужності N2 розраховують за формулою
(3.5.7)
де 
- маса барабана-сита, кг.
Масу барабана-сита визначають за формулою
де VC – об’єм конструкції барабана-сита, м3;
- густина матеріалу барабана-сита, кг/м3 (приймають = 7000 кг/м3).
Об’єм конструкції барабана-сита визначають за формулою
де 
- товщина дроту плетеного сита, м (приймають = 0,001…0,002м);
- товщина дна барабана-сита, м (приймають = 0,0015…0,003 м).
Загальний коефіцієнт корисної дії η передатного механізму просіювача визначають як добуток коефіцієнтів корисної дії всіх передач, які використовуються в конструкції просіювача, а також підшипників кочення і ковзання за формулою:
За розрахованою споживчою потужністю підібрати електродвигун серії 4А.
До захисту представити: збірне креслення механізму МПП або МС з приводом МПМ (у двох проекціях на 1 аркуші формату А1); робочі креслення корпуса ситового барабана, сита, шестерні, шківа, приводного вала (4 формату А3 на аркуші формату А1).
Розміри на збірних і робочих кресленнях повинні відповідати розрахованим.
3.5.2 Збивальні машини (типу МВ-6, МВ-35М, МВМ-100, МС 4-20, МВП ІІ-1)
Основним конструктивним параметром збивальних машин, що характеризує їхню продуктивність, є об’єм робочого бачка, який розраховують за формулою
, (3.5.8)
де V - об’єм робочого бачка, м3;
Q – продуктивність збивальної машини, кг/год;
- густина суміші продуктів, які оброблюються, кг/м3;
- коефіцієнт завантаження бачка (під час збивання білково-яєчних сумішей, вершків, сметани приймають = 0,3…0,4, масляних кремів - = 0,4…0,6);
- відповідно тривалість завантаження, обробки та вивантаження продуктів, с ( 
тривалість обробки приймають на основі відомих технологічних вимог).
Густину суміші оброблюваних продуктів розраховують за такою формулою
,
де 
- маса компонентів a,b,c, які входять до складу суміші або її рецептури, кг;
- відповідно густина компонентів, кг/м3.
| Найменування продукту | Густина, кг/м3 |
| Масло вершкове | |
| Цукор-пісок | |
| Ванілін | |
| Яєчні білки та жовтки | |
| Вершки | |
| Сметана | |
| Молоко |
Розрахунок геометричних параметрів збивальної машини з планетарним рухом робочих органів проводять таким чином.
Якщо припустити, що діаметр бачка D дорівнює його висоті H, а форма бачка являє собою циліндр, то діаметр бачка можна розрахувати за формулою
. (3.5.9)
Діаметр дна бачка DДН визначають за формулою
Висоту циліндричної частини бачка Н1 можна розрахувати за формулою
Висоту нижньої окружної частини бачка Н2 можна розрахувати за формулою
Максимальний діаметр збивальної машини d визначають за формулою
Максимальну висоту збивача h визначають за формулою
Радіус водила
Радіуси ділильних кіл сонячного R та планетарного r коліс визначають за формулою
Розраховуючи значення R, r, користуються їхнім заданим співвідношенням
.
Потужність електродвигуна збивальної машини розраховують за формулою
, (3.5.10)
де N0 – потрібна потужність, кВт;
Мкр – момент сили, що необхідна для подолання лопатевого опору продукту, Н.м;
ωв – кутова швидкість водила, рад/с;
Ка – коефіцієнт запасу потужності, який враховує пусковий момент, коли виникають підвищені навантаження (приймають Ка = 1,1);
η – загальний ККД приводу машини.
Момент сили, необхідний для збивання продукту робочим органом, розраховують за формулою
,
де Р – сила опору продукту, яка виникає під час збивання, Н.
,
де ξ – питомий коефіцієнт опору збивальної суміші (прийняти залежно від виду продукту та швидкості збивання υсер);
F - площа проекції прутків або лопатей збивача, який рухається, на площину, перпендикулярну напрямку її максимальної швидкості, м2;
υсер – середня швидкість руху робочого органа, м/с.
,
де Кв – коефіцієнт використання площі робочого органа, що показує, яку частку його загальної площі займають прутки або лопаті (для багатопруткових, плоскорешітчатих та фігурних приймають Кв = 0,7…0,8; для однопруткових, гачкоподібних і рамних Кв = 0,1…0,2; для лопатевих Кв = 0,3…0,4).
Середню швидкість руху робочого органа розраховують за формулою
.
Кутову швидкість водила розраховують за формулою
,
де nВ – частота обертання водила, хв-1.
Для збивальних машин із плавним регулюванням швидкості руху робочого органа значення nВ = 60…185 хв-1.
Для збивання білково-яєчних сумішей, вершків приймають nВ = 120…185хв-1; для збивання масляних кремів, помадок та інших сумішей густої консистенції nВ = 60…90хв-1; для сметанних кремів, рідкого тіста nВ = 90…120хв-1. Питомий коефіцієнт опору продукту при збиванні масляних, вершкових кремів зі швидкістю збивання υСЕР = 0,7…1,5 м/с – ξ = 3 . 103; для яєчно-білкових цукрових сумішей, сметанних кремів, збитих вершків зі швидкістю збивання υСЕР = 1...2,2 м/с – ξ = 20…30.
Загальний ККД передатного механізму збивальної машини розраховується за формулою
,
де ηП – ККД пасової передачі;
ηЗ – ККД зубчастої передачі;
ηПК – ККД підшипників кочення.
Величина еквівалентної в’язкості визначається за таблицею, що зазначена вище.
За розрахованою споживчою потужністю підібрати електродвигун серії 4А.
Вибір аналога здійснюється за певним параметром – розрахунковим об’ємом бачка.
При виконанні розрахунків прийняти потужність, яка передається планетарною передачею, рівною 0,5...0,6 N, без урахування ККД. Неврахована частина потоку потужності витрачається на обертання збивальника відносно головної осі.
3.5.3 Фаршемішалки (типу МС 8-150)
Основним параметром, що характеризує продуктивність механізму, є об’єм робочої камери, який визначають із виразу.
(3.5.11)
де Q – продуктивність механізму, кг/год;
V – об’єм робочої камери, м³;
γ – насипна маса фаршу, кг/м³;
φЗ – коефіцієнт заповнення об’єму камери;
τЗ, τО, τВ – тривалість завантаження, обробки і вивантаження порції продукту, с.
Об’єм робочої камери розраховується за формулою
де R – радіус обертання лопаті, м;
с – відстань між внутрішньою поверхнею робочої камери й лопаттю, м (прийняти с = 0,003 м);
l – довжина робочої камери, м.
Радіус обертання лопаті знаходять за формулою
,
де Кпр – коефіцієнт проковзування продукту;
n – частота обертання лопаті, с-1.
Електродвигун приводу підбирають, виходячи з потрібної потужності N0, що визначається за формулою
(3.5.12)
де Р – сила, необхідна для подолання опору перемішуванню, Н;
υ – швидкість поступального руху продукту вздовж осі вала, м/с;
Ка – коефіцієнт запасу потужності;
η – ККД передатного механізму, η = 0,96.
Знаходимо силу опору фаршу при перемішуванні за формулою
де 
- опір перемішуванню однією лопаттю, Па (прийняти = 8кПа);
F – площа лопаті, м2;
z – кількість лопатей, встановлених в одному ряді, шт.
Площа лопаті дорівнює
,
де В – ширина лопаті, м (прийняти В = 0,09 м).
Швидкість поступального руху продукту вздовж осі вала розраховується за формулою
де υ0 – швидкість осьового зсуву продукту однією лопаттю, м/с;
ψ – коефіцієнт, що враховує періодичність зсуву продукту вздовж осі мішалки.
Швидкість осьового зсуву продукту однією лопаттю розраховується за формулою
де f – коефіцієнт тертя фаршу об лопать;
α – кут нахилу лопаті до осі приводного вала, о.
Коефіцієнт ψ, що враховує періодичність зсуву продукту вздовж осі мішалки, знаходиться за формулою
При розробці прийняти: коефіцієнт заповнення камери φЗ = 0,6...0,7; тривалість циклу обробку Тр = 100с; довжина робочої камери l = 0,26 м; кут нахилу лопаті до осі обертання α = 35о; частота обертання лопаті n = 2,83 с-1.
За розрахованою споживчою потужністю підібрати електродвигун серії 4А.
До захисту представити: збірне креслення механізму с приводом (у двох проекціях на 1 аркуші формату А1); робочі креслення робочого вала, лопаті, шестерні чи колеса і вала редуктора (4 формату А3 на 1 аркуші формату А1).
Розміри на збірних і робочих кресленнях повинні відповідати розрахованим.
3.5.4 Салатомішалки (типу МС 25-200)
Основним параметром, який характеризує продуктивність механізму, є об’єм робочої камери, що знаходять із виразу:
(3.5.13)
де V – об’єм робочої камери, м³;
γ – насипна маса компонентів оброблюваної суміші продуктів, кг/м³;
φ – коефіцієнт заповнення об’єму камери;
t1, t2, t3 – середній час завантаження, обробки і розвантаження порції продукту, с.
V = π.R².H ,
де R, H – радіус і висота робочої камери, м.
При розробці прийняти: H = 2.R; φ = 0,30...0,35; t1 = 10...15с; t2 = 100...120с; t3 = 50...60с.
Електродвигун приводу підібрати виходячи із споживчої потужності, яка знаходиться із формули:
, кВт, (3.5.14)
де n – кутова швидкість обертання бачка, об/хв.;
g – прискорення сили тяжіння, м/с²;
α – кут нахилу осі бачка до горизонту;
η – ККД механічних передач.
При розрахунках прийняти: α =60º; n = 20...30 об/хв.
За розрахованою споживчою потужністю підібрати електродвигун серії 4А.