Вопрос 5. Машины для мелкого измельчения – волчки

К этому классу относим промышленные мясорубки и волчки. Волчки – универсальные машины непрерывного действия, предназначенные для измельчения охлажденного и замороженного мяса, жира, жиросодержащих материалов, субпродуктов и др.

Волчки с диаметром решетки менее 80мм называют бытовыми, выше — про­мышленными. Бытовые волчки используют на малых мясоперерабатывающих предприятиях и в системе общепита.

Отечественным стандартом утверждены волчки с диаметром решетки 82, 120, 160, 250 мм. За рубежом выпускают волчки с диаметром решетки 82, 100, 114, 130, 200, 250, 300, 400 мм. В зависимости от производительности волч­ка и от его назначении (резание охлажденного или замороженного мяса) мощ­ность привода, отнесенная к производительности, изменяется от 3,5 до 5,5кВт·ч на 1 т продукции.

Рис. 16. Режущий комплект волчка:

1 – прижимное кольцо; 2 – выходная решетка; 3, 5 – крестообразные ножи; 4 – промежуточные решетки; 6 – приемная решетка.

Режущий механизм волчка хорошо приспособлен для резания мяса — неоднородного материала биологического происхождения, состоящего из мышечной, жировой и соединительной тканей. При положительных температурах сила раз­рушения, приведенная к 1 м линии разреза, составляет для мышечной ткани 1.3..1,8 к 4/м, для соединительной — 27...40 кН/м.

Для перерезания этих более прочных волокон крестообразные вращающиеся ножи плотно прижимают к поверхности диска, в котором просверлены отверстия для прохода продукта. Эти диски называются решетками. Типичный режущий комплект волчка (рис. 16) состоит из нескольких крестообразных ножей 3, 5 и решеток с различными диаметрами от­верстии. По ходу движения продукта ус­танавливают приемную решетку 6 с тре­мя-четырьмя овальными отверстиями, промежуточную решетку с отверстиями диаметром от 10 до 25 мм и выходную 2 с отверстиями 1, 2 или 3 мм. Весь механизм поджимают кольцом 1 и накидной гай­кой (на рис. не показана). Решетки закрепляют неподвижно шпонкой в горловине корпуса, а ножи - на вращающемся валу.

Рис. 17. Схема действия режущего механизма нож-решетка:

1, 2 – решетки; 3 – измельчаемый продукт; 4 – крестообразный нож; d – диаметр отверстий; P_сж – силы, сжимающие механизм; P_рез – силы резания; ρ_п – сила подачи; ν_ок – окружная скорость; ν_ос – осевая скорость.

Схема работы режущего механизма волчка показана па рис. 17. Решетки 1 и 2силами Р_сж плотно прижаты к боко­вым поверхностям крестообразного ножа 4, который движется с окружной скоростью ν_ок. Режущий механизм составляют из нескольких решеток и ножей. При этом по ходу движения продукта диаметры отверстий в решетке уменьшаются. Продукт 3 подается на первую (приемную) решетку подающим механизмом с давлением Р_п, достаточным для прохождения через весь режущий комплект. Продукт вдавливается в отверстие d₁ и отрезается передней кромкой пера ножа и кромкой на полуокружности аbс отверстия d₁. Затем продукт, измельченный на первой ступени, вдавливается в отверстие d_i+l и отре­зается задней кромкой пера ножа. Цикл повторяется на следующих решетках. Крестовидные ножи бывают с 2, 3, 4, 5, 6 и 8-ю перьями, которые имеют или пря­молинейную, или криволинейную режущую кромку. При увеличении количества перьев ножа увеличивается режущая способность механизма, но в то же время уменьшается свободная поверхность решетки для прохода продукта через отверс­тия. В этом случае перья ножей делают тонкими, а для соблюдения прочности их внешние концы соединяют кольцом. В поперечном сечении (рис. 18) перо ножа выполняют в виде призмы с различными углами заточки режущей кромки: в схе­ме на рис. 18, а угол заточки β= 90°, в схеме на рис. 18, б угол заточки β = 90°, задний угол α < 90°, в схеме на рис. 18, в передняя поверхность пера выполнена вогнутой, а углы заточки β и задний угол α < 90°.

Рис. 18. Схемы поперечных сечений перьев крестообразных ножей:

а, б, в — сплошные призматические с разными углами заточки; г— нагнетающий нож; д— сборный нож; е -односторонний нож.

Для создания осевого давления на разрезаемый продукт созданы нагнетающие ножи (рис. 18, г), выполненные в сечении в виде наклонной пластины. За счет наклона, кроме окружной скорости v_ок, создается и осевая скорость v_oc, и осевое давление. В ряде волчков устанавливают односторонние ножи (3.32, е), которые срезают продукт только с одной стороны решетки. Такие ножи имеют угол заточ­ки β около 20...30°.

Ножи — быстроизнашивающиеся детали. Их износ может достигать 0,1...1 мм в течение десятка часов. Поэтому их периодически подвергают переточке и шли­фовке по плоскости резания, из-за чего уменьшается толщина пера h до полного срезания кромки δ. Остатки ножа выкидывают, что нерационально. Поэтому применяют ножи (рис. 18, д) со сменными режущими пластинами 3, которые крепят к телу ножа 1 винтами 2 или другим и способами. При критическом износе заменяют лишь пластину.

Фирмой «Кремер-Гребе» (Германия) разработан режущий механизм с укоро­ченной зоной резания (рис. 19). В этой схеме вместо приемной решетки уста­навливают четырехперый односторонний нож 2 и затем выходную решетку 1 с диаметрами отверстий 1...3мм. При этом ножевой вал 3 вращается намного быстрее подающего шнека 4. За счет быстрого движения ножа повышается его режущая способность и значительно снижается давление продукта перед ре­шеткой. Продукт меньше деформируется, его конечная структура получается зернистой. Более прочные части материала измельчают на решетке до частиц менее 1 мм.

Рис. 19. Режущий механизм волчка фирмы «Кремер-Гребе» с укороченной зоной резания:

1 — выходная решетка; 2 — крестообразный односторонний нож; 3 — ножевой вал; 4 — подающий шнек.

В ряде современных волчков измельчение совмещено с процессом удаления мелких твердых частиц: косточек, хрящей, жил и т.д., т.е. с процессом жиловки. Для этого используют специальные жиловочные ножи и системы отвода твердой фазы. Применяют несколько схем жиловочных приспособлений (рис. 20).

Ре­жущий комплект фирмы «Зейдельман» (Германия) (рис. 20, а) состоит из при­емной решетки 8, четырехперого крестообразного ножа 7, промежуточной ре­шетки 6, жилующего ножа 5 и решетки 3. Перо жилующего ножа выполнено в виде пластины, установленной наклонно к оси и создающей за счет этого ради­альную скорость продукта, направленную от периферии к центру. На внутренней стороне выходной решетки изготовлены радиальные канавки. Нож измельчает сырье, мышечная ткань продавливается через выходную решетку, а мелкие твер­дые частицы скапливаются в канавках и за счет давления ножа перемещаются к центру. На втулке ножа изготовлена шнековая насадка 4, которая выводит эти частицы через центральное отверстие в решетке 3 и через отверстие в отводной трубке 1. Это жилующее приспособление позволяет удалять от 80 до 90 % твердых включений размером от 0,8 до 3 мм.

На рис. 20, б показан режущий комплект с жиловочным приспособлением фирмы «Ласка» (Австрия). Продукт поступает на приемную решетку 8, далее из­мельчается нагнетающим ножом 10 и подастся на промежуточную решетку 6. Жилующий нож 9 имеет четыре пера, на которых с внешней стороны изготовле­ны наклонные зубья, одновременно режущие материалы и сдвигающие твердые частицы к центру ножа. Выделенные частицы под давлением проходят через цен­тральное отверстие в выходной решетке 3 и выводятся через трубку 1 прижимно­го кольца 2.

В режущем комплекте фирмы «Кремер-Гребе» (Германия) установлены (рис. 20, в) приемная 8, промежуточная 6 и выходная 3 решетки и первый крес­тообразный четырехперый нож 7. Жилующий нож 11 имеет четыре пера, выполненных

Рис. 20. Схемы жилующкх режущих комплектов:

а – фирмы «Зейдельман» (Германия); б –фирмы «Ласка»(Австрия); в – фирмы «Кремер-Гребе» (Германия): 1 – отводная трубка; 2 – прижимное кольцо; 3 – выходная решетка; 4 – отводная шнековая насадка; 5, 9, 11 – четырехперые жилующие ножи; 6 – промежуточная решетка; 7 – крестообразные ножи; 8 – приемная решетка.

П-образной формы. Для прочности концы перьев связаны между собой кольцом. Сплошной стороной нож прижат к промежуточной решетке, двумя ре­жущими кромками — к выходной. Угол заточки ножа с двух сторон 90°С. Передние кромки измельчают материал, мышечная ткань, как наименее прочная, продав­ливается через выходную решетку 3, а мелкие твердые включения собираются в канавку между кромками и центробежными силами перемешаются от центра к периферии, где и выводятся наружу через отверстие в горловине. Для регулирова­ния давления и расхода этих частиц отверстие снабжают шибером.

Режущий и жилуюший механизмы с укороченной зоной резания фирмы «Кремер-Гребе» (Германия) (рис. 21) включают крестообразный односторонний нож 4, промежуточную 3 и выходную 1 решетки и жилуюший нож 2 с П-образными перьями. Ножи установлены на валу 6, который проходит внутри подающе­го шнека 7, и вращаются с большей скоростью, чем шнек.

Решетка — дорогая и быстро изнашивающаяся деталь режущего механизма. Особенно дорогие и трудоемкие в изготовлении выходные решетки с отверстия­ми диаметром 0,8...Змм. Поэтому при конструировании решеток следует тща­тельно подбирать металл и режимы его термической обработки. Рационально, чтобы твердость и износостойкость поверхности решетки были несколько выше, чем режущей части ножа. Решетки изготавливают из инструментальных углеродистых сталей У8А, У10А, инструментальных легированных сталей 9ХС, 9ХВТ и др. Твердость на поверхности решетки составляет 56...62 HRc. Ножи волчков

Рис. 21. Режущий и жилуюший механизмы волчка фирмы «Кремер-Гребе» с укороченной зоной реза­ния:

1 — выходная решетка; 2— жилующий нож; 3 – промежуточная решетка; 4 - крестообразный односторонний нож; 5 - ножевой вал; 6 – шнек.

изготавливают литыми из чугуна или стали У7A, 48А с твердостью режущей час­ти 46-52 HRc.

Решетка характеризуется тремя параметрами: внешним диаметром D, диамет­ром просверленных отверстий d и степенью полезного использования площади K. Степень использования зависит от диаметра отверстия и от взаимного их распо­ложении.

В общем виде:

(2)

S_p - плошадь решетки, м²; S_OTB — суммарная площадь отверстий, м²; z — число отверстий в решетке.

Число отверстий в решетке зависит от рационального расположения отверс­тий при обеспечении ее прочности. Показано, что шахматное расположение позволяет получить наибольшее их количество и степень полезного использования. Так, при диаметре отверстий 2...4 мм степень использования 0,3...0,35, при 20...25 мм - степень использования 0,4...0,45.

Отверстие в решетках сверлят под прямым углом к боковой поверхности или под острым углом, что улучшает условия прохождения измельчаемого продукта и условия резания.

Непрерывный цикл работы волчка обеспечивает подающий механизм, со­стоящий из одного, реже двух шнеков с переменным шагом, уменьшающимся по ходу движения продукции. Шнек устанавливают в цилиндрический корпус. Подающие шнеки выполняют литыми из чугуна с последующей обработкой и иногда лужением. В современных волчках подающие шнеки изготавливают сварными из нержавеющей стали. Для уменьшения трения о продукт эти шнеки полируют.

Цилиндрические корпуса изготавливают литыми из чугуна или сварными из нержавеющей стали с внутренними ребрами, расположенными по образующей или по винтовой линии. Ребра препятствуют проворачиванию сырья и образова­нию его обратного хода.

Зазор между шнеками и ребрами должен быть не более 2 мм. Оптимальное ко­личество витков шнека 5...6. При меньшем числе возрастает обратный поток про­дукции, при большем — растет удельный расход энергии. С одним подающим шпеком изготавливают только малые волчки, с диаметром решетки менее 82 мм. В промышленных волчках осуществляется принудительная подача продукции на подающий шнек с помощью питающего механизма, выполняемого в виде одногo-двух шнеков или спиралей, имеющих автономный привод. Существует много схем взаимного расположения подающего и питающего шнеков, но на практике широко используют четыре схемы: 1) питающий и подающий шнеки изготовле­ны в линию и вращаются с одной скоростью; 2) то же, но скорость их вращения различна; 3) шнеки устанавливают параллельно в горизонтальной пли вертикаль­ной плоскостях; 4) шнеки устанавливают под углом, как правило, в 90°.

В волчке К6-ФВП-120 (рис. 22) подающий 5 и питающий 8 шнеки установ­лены в линию, но вращаются с разными скоростями. У волчка сварная станина 1, на которой установлен корпус цилиндра 6 с внутренними винтовыми ребрами 7. Спереди в корпус вставляют гильзу 2, в которой установлены решетки режущего механизма 3. Ножи закрепляют на хвостовике шнека. К корпусу шнеков 15 при­креплен корпус подшипников 12. В корпусе на подшипниках установлен проме­жуточный полый вал, в котором вращается приводной вал подающего шнека. Подающий шнек состоит из двух частей: сплошного вала 9 и собственно шнека 5. Сплошной вал муфтой соединен с приводным валом. Привод подающею шнека состоит из электродвигателя 14 и клиноременной передачи 13, ведомый шкив ко­торой установлен на приводном валу. Спираль питающего шнека 8 соединена с полым валом и вращается снаружи вала подающего шнека.

Приводится в движение питающий шнек от автономного мотор-редуктора 11 через цепную передачу. Мясо в волчок поступает через загрузочную горловину 10. Суммарная мощность электродвигателей 18,5 кВт. При диаметре решетки 120мм и диаметре отверстий в выходной решетке 3мм производительность волчка при резании говядины составляет 2500 кг/ч.

Рис. 22. Волчок К6-ФВП-120:

1 – станина; 2 – гильза; 3 – режущий механизм; 4 – накидная гайка; 5 – подающий шнек; 6 – корпус цилиндра; 7 – ребро; 8 – питающий шнек; 9 – сплошной вал; 10 – загрузочная горловина; 11 – мотор-редуктор; 12 – корпус подшипника; 13 – клиноременная передача; 14 – электродвигатель; 15 – корпус шнеков.