N1 = qπ nψ (R2 – r 2 )/60 (1+ Kβ2 ).
Вторую составляющую мощности определим, как произведение сил трения продукта об инструмент, на скорость их относительного перемещения
N2 = P2 (sinα +f cosα )(R + r) π n/60 = (R2 – r 2 ) α n π Gψ (sinα + f cosα )/60.
Третью составляющую мощности определим, исходя из следующих рассуждений, иллюстрированных на рисунке 11.1.
Рис. 11.1. Определение третьей составляющей мощности для дисковых овощерезок
Элементарная мощность равна
dN3 = dM3 ω ,
Элементарный момент сил трения
dM3 = t dS ρ ,
где t - удельная, т.е. распределенная по площади сила трения
t = P3f/π (R2 –r 2 ).
Элементарная мощность, после подстановки приведенных значений, равна
dN3 = P3fπ n ρ 2 d ρ dθ /π (R2 – r 2).
После интегрирования получим
N3 =π nfP3 (R3 – r 3)/45 (R2 – r 2).
Сила прижатия продукта при обработке к поверхности диска принимается равной 50 Н, в случае ручного прижатия, или, в случае прижатия клиновой поверхностью наклонной лопасти бункера, определяется по формуле
P3 = P1 cos δ ,
где δ - угол заклинивания продукта, равный углу наклона лопасти подающего устройства
Для роторных овощерезок третья составляющая мощности определяется несколько иначе, как произведение момента сил трения продукта о поверхность барабана Мтр на угловую скорость вращения барабана.
N3 = Мтрω ,
Момент сил трения равен
Мтр = Ртр D/2,
Сила трения зависит от центробежной силы, прижимающей продукт к стенке барабана при вращении продукта совместно с барабаном
Ртр = fm ρ D/2 ,
где m – масса вращающегося совместно с барабаном продукта, кг.
m = π D2H ρϕ /4.
N3 =π D4 Hf ρϕω /16.
где D - диаметр барабана, м;
71
H -высота барабана, м;
f- коэффициент трения продукта о барабан;
ω- угловая скорость вращения ротора, с-1;
ρ- насыпная или массовая плотность, кг/м3;
λ- коэффициент заполнения барабана продуктом.
На этом вычисления потребной мощности для нарезки продукта ломтиками заканчиваем. ЛЕКЦИЯ 12. МАШИНЫ ДЛЯ НАРЕЗКИ ПРОДУКТА НА БРУСОЧКИ И КУБИКИ
План
12.1.Пуансонные овощерезки
12.2.Комбинированные овощерезки
12.3.Производительность овощерезок
12.4.Потребная мощность двигателя привода
12.1.ПУАНСОННЫЕ ОВОЩЕРЕЗКИ
Для нарезания овощей на брусочки, соломку применяются те же машины, что и для нарезки ломтиков – дисковые и роторные, рассмотренные выше, поэтому их конструктивное устройство не будем снова изучать. Рассмотрим устройство пуансонной овощерезки, применяемой достаточно широко в предприятиях общественного питания в виде сменного механизма МС 28-100 к универсальному приводу ПУ-0,6 в овощных или холодных цехах. Механизм состоит из корпуса, в котором размещены червячный редуктор, кривошипно-кулисный механизм подачи пуансона, загрузочная воронка и сменные ножевые решетки. Вал червяка входит в горловину привода. Червячное колесо соединено с коленчатым валом привода кулисы, на штоке которой находится пуансон, продавливающий овощи через ножевую решетку, крепящуюся внизу рабочей камеры посредством двух откидных винтов с гайками-барашками. В комплект сменных инструментов входят две ножевые решетки для нарезания продукта брусочками или чесночком – дольками в виде треугольника, в поперечном сечении ограниченными двумя плоскими поверхностями, третья ограничена поверхностью плода. На концах рамки штока, имеющей горизонтальный паз для перемещения шейки коленчатого вала, приводимого во вращение червячным колесом, закреплены два ролика, перемещающиеся по направляющим корпуса при возвратно-поступательном движении штока пуансона. Шток проходит через втулку и гайку, установленные в корпусе редуктора, соединение имеет войлочное уплотнение в виде сальника для предотвращения попадания смазки в камеру обработки продукта. На нижнем конце штока укреплен поршень-пуансон, служащий для продавливания продукта через расположенные ниже ножевые решетки. На боковой поверхности пуансона имеется вертикально расположенный прилитый гребень, необходимый для предотвращения попадания клубней продукта на верхнюю поверхность пуансона при опускании его в крайнее нижнее положение. Гребень перекрывает отверстие загрузочного бункера, из которого поступают поштучно клубни для обработки.
В поточных линиях производства овощных полуфабрикатов применяется пуансонная овощерезательная машина, принцип действия которой аналогичен описанному, но машина имеет собственный привод с индивидуальным электродвигателем.
12.2. КОМБИНИРОВАННЫЕ ОВОЩЕРЕЗКИ
Для нарезки продукта на кубики, призмочки, применяются комбинированные овощерезки, режущие продукт на ломтики посредством вращающихся плоских ножей, расположенных параллельно опорной плоскости для приема и удерживания продукта. Нижняя рабочая грань ножа скошена под углом заточки, верхняя параллельна опорной плоскости, а нижней опорной гранью производится продавливание отрезанных ломтиков продукта через лезвия ножевой решетки, расположенной под отрезными ножами. При проходе через ножи решетки ломтики продукта режутся на прямоугольники или квадраты, при этом образуются кубики или призмочки продукта.
Машина МРОВ-160 состоит из корпуса, в котором размещены привод, рабочая камера, закрытая сверху крышкой с загрузочным бункером и толкателем, сменные ножевые рамки.
Рис. 12.1. Овощерезка МРОВ-160.
Привод представляет собою электродвигатель и встроенный червячный редуктор с вертикальным расположением выходного вала, выходящего в рабочую камеру.
На верхней шейке вала расположен плоский нож, имеющий два прямолинейных лезвия, режущих продукт на ломтики, толщина их в небольшом пределе регулируется величиной толщины подкладок между поверхностью ножа и опорного кольца на рабочем валу. Вал опирается на подшипники качения, уплотнение выходящей шейки вала осуществлено посредством каркасного сальника. Рабочая камера машины выполнена в виде тарелки с двумя разгрузочными отверстиями. Под отверстием большего размера установлены направляющие для установки сменных ножевых решеток и разгрузочный лоток. Над ними помещено загрузочное отверстие крышки с прилитым бункером. Отверстие меньшего размера используется для удаления крошки продукта с нижней поверхности ножа посредством скребка, укрепленного продольно вдоль щели прямоугольного отверстия.
Механизм МС 18-160 предназначен для работы с универсальным приводом ПУ-0,6. Конструкция механизма и принцип действия аналогичны машине МРОВ-160, но в отличие от нее нет индивидуального привода и вместо червячного редуктора имеется конический. К механизму, также как и к машине, прилагаются сменные решетки, ячейки которых равны 13х13; 7,7х7,7 и 5х31 мм.
Механизм МОП-II-I может быть также настроен на нарезку овощей кубиками или призмочками. Для этого необходимо вставить ножевую решетку с ячейками соответствующего размера в специальные направляющие, расположенные под вращающимся опорным диском, оснащенным ножами для нарезки на ломтики. Работа механизма аналогична рассмотренной выше.
12.3. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ОВОЩЕРЕЗОК
Производительность дисковых и роторных машин определяется по тем же формулам, что приведены выше для данных овощерезок при нарезке ломтиков, так как превуалирующим фактором является толщина нарезаемых ломтиков, одинаковая и при нарезании брусочков или соломки и при нарезании ломтиков.
Производительность пуансонных овощерезок также рассчитывается по формуле для машин непрерывного действия, зависит от площади ножевой решетки и скорости продвижения продукта через ячейки ножевой решетки. Формула определения производительности, применительно к пуансонной овощерезке, имеет вид
Q = 3600 F v ρϕ , кг/час;
где F – площадь ножевой решетки, м2;
v- скорость перемещения продукта через отверстия ножевой решетки, м/с;
ρ- насыпная плотность обрабатываемого продукта, кг/м3;
ϕ- коэффициент использования площади ножевой решетки, средняя величина 0,5.
Скорость перемещения определяется по формуле
V = h n, м/с,
где h – средний размер обрабатываемого клубня овощей, принимается равным 40 мм для очищенного клубня картофеля;
n – число двойных ходов пуансона в минуту (28 для МС 28-100).
12.4. ПОТРЕБНАЯ МОЩНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ ПРИВОДА
Мощность электродвигателя привода определяется по формуле
N = (N1 +N2 +N3 +N4 +N5)/1000η .
Первые три составляющих совпадают по наименованию и величине с определенными ранее, для случая нарезки ломтиками, четвертую и пятую определим как:
N4 - составляющая мощности, расходуемая на разрезание отрезанного ломтика на полоски, образующие брусочки или соломку, Вт;
N5 - составляющая мощности, расходуемая на преодоление сил трения продукта о боковую поверхность ножей, расположенных перпендикулярно опорному диску, Вт;
η - к.п.д. передаточных механизмов привода.
Четвертую составляющую мощности определим, как произведение суммы моментов сил сопротивления резанию продукта на угловую частоту вращения диска (рисунок 12.1)
73
Рис. 12.1. Расчетная схема резания продукта на брусочки
N4 =ωΣ Mi =ωΣ P4 ri =ω P4 Σ ri ψ .
Усилие резания продукта ножами, расположенными перпендикулярно опорному диску, равно
P4 = q h;
Сумма радиусов расположения ножей – гребенок в ножевой колодке
Mi = r1 + r2 +.....+ rn .
Количество ножей в ножевой колодке равно
n = 1+ (rn – r 1)/a, но практически n = (rn – r 1)/a,
где а – шаг расположения гребенок, равный ширине отрезаемого брусочка, м.
В таком случае, сумма радиусов равна ri = n (rn + r1) /2 = (r2n – r 21)/2a,
и мощность
N4 =π n q hψ (r2n – r 21)/60a.
Пятую составляющую мощности определим аналогичным образом
N5 =ωΣ Mi;
Mi = 2P5 f ri .
Исходя из закона Гука, определим абсолютную деформацию сжатия бруска, как указано на рисунке 12.2
δ = P5 a /E b h.
Рис. 12.2. Расчетная схема определения параметров нагрузки от сил трения при нарезании на брусочки Отсюда, сила давления продукта на боковую поверхность ножей гребенки, равна
P5 = δ E h b /a.
Сумма моментов сил
74
Σ Mi = δ E h b fψ (r2n – r 21)/ a2.
И составляющая мощности равна
N5 =π (r2n – r 21) E h b nd fψ /30 a2,
где Е – модуль упругости первого рода, Па;
nd – угловая скорость вращения диска, об/мин,
остальные величины известны из ранних пояснений к формулам.
Для пуансонной овощерезки мощность определяется по формуле
N = (N1 +N2)/1000η .
Составляющие мощности определяются следующим образом.
Первая составляющая мощности N1, расходуемая на разрезание продукта лезвиями ножей решетки, определяется как произведение усилия резания P на скорость V прохождения продукта через ячейки ножевой решетки, при этом, как следует из рисунка 12.3.
P = q Σ l,
Σ l =π D2 (a + b) /4 ab.
При нарезании на «чесночек» - дольками,
Σ 1=Dz ;
Скорость продавливания принимаем усредненную для кривошипно-кулисного механизма
V = 0,71rкрω кр .
Подставляя приведенные значения, получим составляющую мощности, равную
N1 = 0,71π 2 D2 qψ nкр rкр (a + b) /120 a b, Вт.
Рис. 12.3. Расчетная схема ножевой решетки пуансонной овощерезки
Вторую составляющую мощности, расходуемую на преодоление сил трения продукта о боковые поверхности ножей гребенки определим аналогичным образом.
N2 = T V,
где Т – сила трения продукта о боковые поверхности ножей решетки, Н.
T = 2(Pa +Pb) f zя.
Количество ячеек в решетке
zя =π D (a +b) /4 a b
Исходя из закона Гука, получим для двухосной деформации
Pa = δ Eha/b; Pb = δ Ehb/a.
При этом составляющая мощности равна
N2 = 0,71π D2 δ E h fψ (a2 + b2) rкр nкр /60a2b2, Вт.
75
Для комбинированных овощерезок, нарезающих продукт на кубики или призмочки, потребная мощность складывается из пяти составляющих и равна
N = (N1 +N2 +N3 +N4 +N5 )/1000η ,кВт.
N1 – затраты мощности на разрезание продукта лезвиями вращающегося ножа, Вт;
N2 - затраты мощности на отгибание отрезанного ломтика рабочей гранью вращающегося ножа, Вт; N3 - затраты мощности на преодоление сил трения продукта о поверхности ножа, Вт;
N4 - затраты мощности на разрезание отрезанного ломтика продукта лезвиями ножей решетки, Вт;
N5 - затраты мощности на преодоление сил трения продукта о боковые поверхности ножей решетки, Вт;
η- к.п.д. передаточных механизмов привода.
Первую, вторую и третью составляющие определим, как произведение момента сил сопротивления на угловую частоту вращения плоского прямолинейного ножа.
N1 = M1 ω .
Момент сил сопротивления разрезанию продукта на ломтики равен
M1 = P1 rср = P1(R + r)/2.
Сила сопротивления резанию продукта
P1 = q (R –r) ψ /(1 + K β2 )0,5.
Таким образом, составляющая мощности равна
N1 =π n1qψ zp (R2 – r 2) /60 (1 + K β2 )0,5.
Здесь n1 – угловая скорость вращения прямолинейного ножа, имеет размерность об/мин.
Вторая составляющая мощности определяется аналогично
N2 = M2 ω .
M2 = P2 (R +r) /2.
Сила упругости отгибаемого ломтика, вывод формулы сделан ранее
Р2 = 0,25α Е hψ zp (R –r).
Составляющая мощности равна
N2 =πα E hψ zp (R2 – r 2) n1 / 240.
Третья составляющая мощности
N3 = M3 ω .
M3 = P3 (R + r)/2
P3 = 0,25α E hψ zp (R – r) f cos α + Gf,
где G – вес продукта в бункере загрузки, Н.
Составляющая мощности равна
N3 = [ αψ E h f (R2 – r 2) n1 cosα /240] +αψ G f n1 (R +r) /60.
Четвертая и пятая составляющие мощности определяются как и для пуансонной овощерезки, но величина скорости продавливания продукта имеет значение, определяемое по рисунку 12.4. как
Vв =π n1 (R + r) tgα /60.
76
Рис. 12.4. Схема определения вертикальной скорости
Составляющие мощности определяем как произведение силы сопротивления резанию или трения продукта на вертикальную составляющую скорости ножа по среднему радиусу.
N4 = P4 Vв;
Р4 = q Σ l;
Σ 1 = [(R –r) h /b tg α ] +[(R – r) h /a tg α ] = (R – r)(a + b) h /a b tg α .
N4 =π q n1 h (R2 – r 2) (a + b) /60 ab.
N5 = T Vв ,
Сила трения продукта о боковые грани ножей решетки
Т = 2 (Ра +Рb) f zя
Количество ячеек, участвующих в процессе резания
zя = (R – r) h /ab tg α .
Силы сжатия брусочков продукта при двухосной деформации ( из закона Гука)
Ра = δ Е h a /b ; Pb = δ E h b /a ,
Подставляя приведенные значения величин, после преобразований получим
N5 =π n1 ψ E h2 f (R2 – r 2) (a2 + b2) /30 a2 b2.
На этом вычисление параметров конструктивного устройства и эксплуатации овощерезок заканчиваем.
ЛЕКЦИЯ 13. МАШИНЫ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МЯСА И РЫБЫ
План
13.1Классификация машин
13.2Требования, предъявляемые к машинам
13.3Типы режущих инструментов
13.4.Материалы для изготовления режущих инструментов
13.5.Машины пищевой промышленности
13.1.КЛАССИФИКАЦИЯ МАШИН
Машины для измельчения мяса или мясных продуктов относятся к категории технологических машин. В пищевой промышленности их используют для расчленения туш или полутуш на отрубы; разрезания мяса и мясных продуктов на куски, пласты и полосы; для дробления продуктов убоя с целью их дальнейшей переработки; для тонкого измельчения фарша в производстве колбасных изделий. В общественном питании применение мясоперерабатывающего оборудования имеет несколько другую подоплеку. Для измельчения мяса без сохранения определенной формы обработанных частиц применяются мясорубки, для надрезания сухожилий и соединительных тканей применяются мясорыхлители; для нарезания мяса на полоски – механизм нарезки на бефстроганов.
Машины для измельчения мяса и мясопродуктов по циклу работы могут быть машинами периодического и непрерывного действия. По назначению машины делятся на машины для крупного, среднего, мелкого, тонкого и супертонкого измельчения.
77
Кмашинам для крупного измельчения (размер исходных кусков до 500 мм, после обработки – не более 100 мм) относятся машины для отделения голов, рогов и конечностей; распиловки туш и полутуш на отрубы; для обвалки мяса; для снятия навала и мездрения шкуры; для пластования шпика и снятия с него шкурки.
Кмашинам для среднего измельчения (размер исходного продукта до 200 мм, частицы обработанного – не более 20 мм) относятся дробилки замороженных блоков, кости и твердых конфискатов, для нарезания полуфабрикатов.
Кмашинам для мелкого измельчения (размер исходного продукта до 100 мм, обработанных частиц - не более 10 мм) принадлежат машины для измельчения мяса и мясопродуктов, для резания шпика на части.
Кмашинам для тонкого измельчения (размер исходного продукта до 15 мм, обработанных частиц – не более 0,5 мм) относят мясорубки и куттеры, применяемые для измельчения фарша.
Кмашинам для сверхтонкого измельчения (коллоидный размол, размер частиц исходного продукта не более 5 мм, размер частиц обработанного продукта не более 2,5х10-3 мм) относятся коллоидные мельницы.
В предприятиях общественного питания находят применение машины для среднего измельчения при производстве полуфабрикатов при производстве отбивных котлет, ростбифов и т.п., для мелкого измельчения при измельчении мяса для рагу, гуляша и т.п., для тонкого измельчения при производстве фарша для различных целей.
13.2. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К МАШИНАМ
Основные требования, предъявляемые к машинам для измельчения мяса и мясных продуктов, можно сформулировать следующим образом.
Все механизмы измельчителей (двигательные, передаточные и рабочие) должны быть выполнены таким образом, чтобы при обработке сырья максимально обеспечивались требуемая степень измельчения, сохранение пищевой ценности и качества продукта и минимальные потери сырья.
Детали, соприкасающиеся с продуктом следует изготавливать из коррозиестойких материалов. Главными причинами возникновения коррозии являются неправильный выбор марки материала или защитных покрытий (несоответствие их агрессивной среде), отсутствие защитных устройств и низкий класс шероховатости поверхности деталей.
Конструкция рабочих механизмов должна быть удобной при разборке и сборке, легкодоступной для санитарной обработки и удаления остатков сырья или продукции.
Электродвигатели, пусковая аппаратура, электропроводка, контрольно-измерительные и регулирующие приборы должны быть выполнены в водозащищенном или герметичном исполнении или иметь специальные водонепроницаемые ограждения. Электродвигатели и электроаппаратура должны быть надежно заземлены.
Контрольно-измерительную и пусковую аппаратуру целесообразно монтировать на отдельном стенде, располагая его в зоне обслуживания машины. Для безопасной эксплуатации машины, необходимо предусматривать защитные ограждения и блокирующие устройства.
13.3 ТИПЫ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ
Мясо и мясопродукты измельчают при помощи ножей, дисков, кулачков, молотков, решеток и др., не имеющих парной детали в механизме, либо в комбинации с дополнительной режущей деталью; при этом режущие инструменты могут совершать возвратно-поступательное, вращательное, вибрирующее движение, либо быть неподвижными. Наложение вибраций при резании заменяет непрерывный контакт продукта с инструментом прерывистым, повышая эффективность процесса резания за счет периодического отдыха режущей кромки инструмента. Скорость движения инструмента находится в широком диапазоне – от 1 до 100 м/с. Скорость подачи продукта на измельчение в 10-1000 раз меньше скорости резания, следовательно, коэффициент скольжения лезвия изменяется в довольно широких пределах.
Для выполнения различных технологических операций применяют режущие инструменты различных форм и конфигураций, особенно распространены ножи пластинчатой формы с прямой, наклонной и фасонной режущей кромкой. При этом режущая кромка может быть сплошной или иметь насечку в виде зубьев (пилы). Зубья могут быть клинообразными или овальной формы, с разводкой зубьев или без нее. Ленточные пилы с шагом зубьев до 0,8 мм должны иметь разводку по каждому зубу, равную 1,25-1,5 толщины полотна пилы. При большем шаге зубьев допускается производить разводку двух зубьев, третий пропускать, оставляя неразведенным.
Заточка ножей может быть односторонней или двухсторонней, однопрофильной или ступенчатой формы, улучшающей условия работы инструмента. При ступенчатой форме заточки обеспечивается значительная степень остроты режущей части инструмента путем уменьшения углов наклона плоскостей на первой ступени заточки.
Помимо использования ножей пластинчатой формы, широко применяются дисковые ножи с гладкой или зубчатой режущими кромками, либо секторные ножи. Для наилучшего отвода тепла от инструмента и продукта, возникающего при трении ножа о продукт, со стороны расположения заточной фаски выполняются канавки,
78
имеющие плоское дно и располагающиеся радиально. Ножи серповидной формы могут быть с внешней или внутренней режущей кромкой, которая может иметь форму архимедовой или логарифмической спирали, эвольвенты, дуг окружности, их сочетания.
Уножей с прямолинейной режущей кромкой, касательная к которой проходит через центр вращения, угол резания, образованный радиусом вращения в данной точке и касательной, с увеличением радиуса вращения уменьшается, приближаясь к нулю.
Уножей с прямолинейной режущей кромкой, касательная к которой не проходит через центр вращения, угол резания с увеличением радиуса вращения также уменьшается, но в меньшей степени, менее значительно. Ножи, у которых режущая кромка выполнена в виде дуги окружности, характерны тем, что угол резания по мере удаления от центра вращения, увеличивается, приближаясь к 90° на конце режущей части ножа. У ножей
срежущей кромкой в виде логарифмической спирали угол резания является постоянным для любой точки лезвия. Коэффициент скольжения равен тангенсу угла резания, следовательно, все сказанное относится и к нему.
13.4.МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
Условия, в которых работают режущие инструменты при измельчении мяса и его продуктов, крайне разнообразны: мягкое мясное сырье и твердая кость, хрящи и т.п. Нагрузки на инструмент могут быть переменными, динамичными, имеет место износ и коррозионное воздействие, являющимися определяющими факторами при выборе марки материала для изготовления инструментов.
Стойкость режущего инструмента, определяющая длительность и эффективность его эксплуатации, зависит в первую очередь от механических свойств материала, из которого он изготовлен. Основной характеристикой механических свойств материала является его твердость, которая должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить процесс измельчения.
С повышением твердости увеличивается предел текучести при сжатии, износостойкость и предел выносливости. Предел прочности при значительном возрастании твердости может снижаться в том случае, если увеличение твердости приводит к повышению хрупкости. Это явление наблюдается при твердости HRC 52-54. При более низкой твердости существуют прямолинейные зависимости между твердостью и прочностью.
Различное влияние термической обработки на твердость и прочность инструментальной стали объясняется большой чувствительностью предела прочности к таким структурным факторам, как величина зерна и однородность распределения карбидной составляющей. Поэтому режимы термической обработки должны обеспечивать получение мелкого зерна в стали.
В настоящее время для изготовления различного рода режущих инструментов измельчителей мяса и мясных продуктов применяют в основном углеродистую сталь типа У7А и Х12М, относятся к нетеплостойким сталям высокой твердости. Их достоинство – малая чувствительность к масштабному фактору.
Режущие инструменты измельчителей твердого и смешанного мясокостного сырья находятся в более тяжелых эксплуатационных условиях, нежели режущие инструменты, перерабатывающие мягкое сырье. Твердые продукты вызывают большой абразивный износ и повышенные динамические нагрузки, в результате чего могут быть смятие или сколы режущей кромки инструмента. Поэтому наряду с высокой твердостью материалы, идущие на изготовление режущих инструментов, должны обладать достаточным запасом ударной вязкости. Одновременно обеспечить повышение твердости и вязкости весьма трудно или вообще невозможно, поскольку те факторы, которые вызывают повышение твердости (увеличение количества углерода, закалка стали и пр.), приводят к снижению вязкости.
Несмотря на хорошую износостойкость, описанные ранее стали высокой твердости с большим содержанием углерода не годятся для изготовления режущих инструментов измельчителей твердого или смешанного мясокостного сырья. Их ударная вязкость незначительна [(5 ÷ 8) 104 Дж/м2], и повысить ее за счет снижения твердости не удается вследствие избыточного количества карбидов. Повышение ударной вязкости достигается снижением содержания углерода в стали. При этом уменьшается и твердость (от HRC 58-59 до HRC 47-48 в зависимости от состава стали и режима термической обработки). Ударная вязкость при этом может достигать (7 ÷ 8) 105 Дж/м2.
Режущие инструменты измельчителей твердого или смешанного мясокостного сырья следует изготавливать из тех марок сталей, которые имеют оптимальные сочетания твердости и вязкости.
Основными легирующими элементами для этой группы сталей являются хром, ванадий и кремний. Хром вводят до 3,2 %, более высокое его содержание приводит к уменьшению вязкости. Меньшие количества хрома способствуют повышению не только прочности, но и вязкости (сталь становится мелкозернистой). Ванадий в количестве 0,1-0,3 % еще в большей мере, чем хром, уменьшает зернистость стали. Кремния вводят 0,5-0,9 %, повышение его содержания снижает ударную вязкость. Кремний улучшает способность стали принимать изотермическую закалку и сохранять при этом повышенную твердость в больших сечениях. Никель в количестве 1,2-1,8 % повышает вязкость только при небольшом содержании хрома в стали (0,52-0,8 %). При более значительном легировании хромом, а также другими элементами вязкость в присутствии никеля несколько снижается.
При выборе марки стали следует учитывать размеры инструментов и величину динамических нагрузок, которым они подвергаются в условиях эксплуатации. Для инструментов небольшой толщины (до 10-15 мм)
79
может быть рекомендована сталь 7ХФ, отпущенная на твердость HRC 50-55. Для инструментов больших размеров следует применять стали повышенной прокаливаемости и вязкости типа 6ХС, 6ХВ2С, 7Х3, 6Х3ФС, 7ХФН. Для крупногабаритных инструментов, имеющих сложную форму, может быть применена сталь 7ХГ2ВМ, прокаливающаяся в сечениях до 120 мм и имеющая высокое сопротивление удару при твердости
HRC 59-60.
При значительных динамических нагрузках для указанных марок стали рекомендуется изотермическая закалка, обеспечивающая лучшее сопротивление удару, чем непрерывная закалка. Твердость в этом случае будет порядка HRC 45-55.
В тех случаях, когда напряжение в объеме невелики и основными требованиями являются твердость и износостойкость поверхностных слоев, следует применять поверхностную закалку, позволяющую сочетать хорошее сопротивление ударным нагрузкам с высокой твердостью и износостойкостью.
13.5. МАШИНЫ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Машины для крупного измельчения применяют различной конструкции и устройства. Конструкция режущего органа этих машин определяется числом одновременно проводимых разрезов, первоначальными размерами и температурой исходных кусков продукта, формой поверхности сырья и другими факторами. Режущий орган машин может быть одинарным или состоять из нескольких режущих элементов, в основном он имеет плоскую конструктивную форму. В устройствах обвалки мяса инструмент может иметь разнообразную форму.
При обработке крупного и мелкого рогатого скота и свиней головы отделяют вручную с помощью ножей. Машины для разрубки голов изготавливают с электро-, пневмо-, гидроприводом. Режущий механизм машин имеет нож и ножевую траверсу, осуществляющие продольный разруб головы.
Для отрезания рогов и конечностей применяют дисковые пилы, механизмы в виде ножниц, имеющие один подвижный неподвижный нож, приводимый в движение каким-либо приводом, автоматически выключаемым при отсутствии продукта.
Машины для распиловки туш и полутуш на отрубы выполняются в виде пил, переносных и стационарных, с одним или несколькими режущими полотнами – дисковыми, ленточными или цепными. Наибольшее применение получили стационарные однодисковые пилы, многодисковые не имеют широкого распространения из-за трудностей распиловки вследствие неоднородности мясного сырья. Переносные ленточные пилы также имеют достаточно широкое распространение, имеют одно или два полотна, движущиеся навстречу друг другу в колебательном движении, приводимые в действие одним или двумя эксцентриками от вращающегося приводного валика. Пилы с двумя полотнами уравновешены по динамическим нагрузкам, что благоприятно сказывается на эффективности их применения.
Для обвалки мяса применяются машины, использующие различные методы обработки: резание, строгание, соскабливание, сепарирование, прессование и др. Наиболее распространен метод резания, при котором используются различные режущие инструменты: пластинчатые, дисковые, винтовые, скребковые, фасонные и т.п. Отделение мяса от костей интенсифицируется применением термообработки, токов высокой частоты, ультразвука, вакуума, вибрации и др. Однако машины не дают существенного преимущества по сравнению с ручной обработкой, в виду сложности и трудоемкости процесса технологической обработки. Количество мяса, оставшееся на костях после ручной обвалки, составляет в среднем 7,6 % к общей массе. С шейными, спинными и поясничными позвонками теряется около 13 % мяса к их массе.
Машины для пластования и снятия шкурки со шпика предназначены для нарезания шпика и подмороженного мяса на пласты и полосы различной толщины, для снятия шкурки со шпика, а также для снятия жира и кожного покрова с различных частей туши. Эти операции выполняются пластинчатыми или дисковыми ножами. Режущий механизм состоит из рамки с одно-, многорядной или ступенчатой установкой ножей, получающих колебательное движение от эксцентрика приводного вала. Пластовочную машину с дисковым ножом можно использовать и для отделения шкурки. Шпик укладывают шкуркой вниз на передний стол машины и проталкивают вручную под направляющие детали на зубчатый подающий валик, направляющий шпик на нож. Если производят пластование, срезанный пласт перемещается на задний стол, кусок захватывается вручную, снова укладывается на передний стол процесс повторяется. Если производится снятие шкурки, то она падает вниз, в подставленную тару для шкурок, а шпик продвигается на задний стол. При пластовании шпика по мере уменьшения его толщины должен подниматься подающий валик.
При совершенствовании конструкции существующих машин для пластования шпика и снятия шкурки отмечается определенная тенденция в создании автоматизированных узлов подачи, резания и отвода продукции, что будет способствовать повышению их надежности и долговечности.
80