Введение

Измельчение – это процесс изменения материала на части, под воздействием механических сил или процесс изменения исходного размера продукта до заданного размера.

Выбор способа измельчения зависит от хрупкости и прочности исходного продукта. Прочные и хрупкие материалы измельчают раздавливанием и ударом, прочные и вязкие – раздавливанием, материалы средней прочности – истиранием, ударом и раскалыванием.

Процесс измельчения характеризуется степенью измельчения

[pic].

По степени измельчения различают:

- крупное

- среднее

- мелкое

- тонкое

- коллоидное

Различают следующие виды измельчения:

- дробление - используется для твёрдых пищевых продуктов без придания конечной продукции определённой формы (кости, специи и др. ).

- протирание – аналогично дроблению, но применяется для мягких пищевых продуктов.

- резание – процесс измельчения, который характеризуется приданием конечной продукции определённого размера и формы.

От степени измельчения сырья зависит:

- продолжительность процесса посола – чем выше степень измельчения, тем меньше путь проникновения и сроки выдержки сырья в посоле.

- свойства сырого колбасного фарша, как всякой дисперсионной системы.

- сохранение в продукте наибольшего количества коллоидной связанной воды при нормальной общей влажности продукта.

- формирование стабильной водо-белковой эмульсии с определенными реологическими (липкость, пластичность), технологическими (водосвязывающая способность) и органолептическими (однородность, нежность) показателями.

- степень экстракции солерастворимых белков.

- диспергирование твердых частиц, состоящих преимущественно из неповрежденных жировых клеток.

- степень дисперсности жира.

- стабильность мясных эмульсий.

- стабильность гомогенных мясных эмульсий.

- технологические свойства фарша и качество готовой продукции

- с увеличением степени измельчения возрастает дисперсность частиц и доля растворенного белка в дисперсионной среде вследствие разрушения клеточной структуры и выхода внутриклеточных элементов во внешнюю среду.

Это оказывает пластифицирующее действие на фарш и повышает его водосвязывающую способность. При измельчении часть белковых веществ растворяясь, переходит в непрерывную фазу системы и после тепловой обработки образует непрерывный пространственный каркас, который является основой связанной структуры продукта. Для формирования структуры фарша и поглощения им влаги особое значение имеет переход миофибрилярных белков в растворенное состояние, имеющий место при посоле и измельчении. Миофибриллярные белки обладают способностью к тиксотропии. Это свойство обусловливает стабилизацию коагуляционной структуры фарша.

При недостаточном измельчении белковые вещества не полностью высвобождаются из клеточной структуры и не участвуют в связывании воды, что может привести к расслоению структуры фарша.

Особенно важное значение имеет степень дисперсности жира, от которой зависит водосвязывающая способность фарша и вероятность появления жировых отеков при тепловой обработке продукта. При измельчении сырья на куттере только 15-20% жира, добавляемого к фаршу, диспергируется до частиц с оптимальными размерами, гарантирующими высокое качество продукта. Наилучшие результаты достигаются введением в фарш устойчивой эмульсии жира в воде. Это позволяет получить пластичный фарш, обладающий более высокой водосвязывающей способностью. Благодаря этому готовый продукт, содержащий значительно больше влаги не дает отеков жира и бульона.

1 Машинно-аппаратурная схема приготовления фаршевых консервов

Представим технологическую схему производства фаршевых консервов.

Схема 1 – Технологическая схема производства фаршевых консервов

Для выработки фаршевых консервов, осмотренные и проверенные туши, полутуши или четвертины разделывают и обваливают, а мясо жилуют, удаляют грубую соединительную ткань. При жиловке свинины на ней оставляют не более 30 % жира. Соленый шпик очищают от соли и шкурки (если она имеется) и измельчают на шпигорезке на кусочки размером сторон не более 6 мм.

Для получения правильной формы кусочков и снижения степени оплавления шпик перед измельчением необходимо охлаждать до температуры — 2—5 °С.

Жилованную говядину и свинину измельчают раздельно на волчке с решеткой, имеющей отверстия диаметром 16—25 мм (шрот) или 2—6 мм, после чего их солят отдельно в мешалке с добавлением соли, сахара-песка и нитрита натрия. Посоленное мясо выдерживают в тазиках при температуре 2—4 °С в течение 24—48 ч (шрот) или 12 ч (измельченное на 2—6 мм) и вновь измельчают на волчке (диаметр 2—3 мм) и передают на куттерование.

Говядину и свинину куттеруют раздельно 3—5 мин, при этом в куттер добавляют чешуйчатый лед в количестве 5 % к массе основного сырья (говядина, свинина и шпик), после чего его перемешивают в мешалке со шпиком, крахмалом и специями. Сначала загружают говядину, затем крахмал и специи и всю эту массу перемешивают в течение 3—4 мин, потом добавляют свинину и перемешивание продолжают еще 2—3 мин и, наконец, загружают шпик, с которым всю массу перемешивают еще 2—3 мин. Возможно изготовление фарша на специальном агрегате тонкого измельчения мяса. В этом случае посоленную говядину загружают в мешалку агрегата, добавляют мелкодробленый или чешуйчатый лед (5 % к массе посоленных говядины, свинины, шпика) и перемешивают в течение 2—3 мин, затем добавляют посоленную свинину, крахмал и другие компоненты согласно рецептуре и перемешивают в течение 2—3 мин. Полученную массу пропускают через измельчитель. После измельчителя массу перемешивают в мешалке с подготовленным шпиком в течение 2—3 мин и направляют на шприцевание.

Наполнение банок производят шприцем с помощью цевки, на конце которой приварен диск, наружный диаметр диска должен быть на 2—3 мм меньше внутреннего диаметр банки. Банку надевают на цевку до упора с диском и, нажимая на педаль шприца, наполняют банку фаршем так, чтобы в банке не оставалось воздушных пустот.

После контрольного взвешивания и проверки качества закатки банки укладывают в автоклавные корзины крышками вниз и передают на стерилизацию.

После окончания процесса стерилизации и охлаждения банки выгружают из автоклавов и передают на сортировку и упаковку.

[pic]

Рисунок 1- Машинно-аппаратурная схема приготовления

фаршевых консервов.

1-конвейер жиловки и обвалки; 2-волчок; 3,15-лоток, 4-куттер, 5-дозатор соли и перца, 6-дозатор жира, 7-весы, 8-дозатор мяса, 9-вакуум-закаточная машина, 10-стерилизатор, 11-стол сортировки, 12-автомат этикетировочный, 13-машина смазки банок, 14-конвейерный стол.

2. Описание конструкции проектируемого устройства и принцип действия

Волчки предназначены для измельчения как замороженного, так и незамороженного мяса, эндокринно-ферментного, желатинового и жир-содержащего сырья, хлеба, картофеля и пр. В большинстве этих машин предусмотрена механизированная подача сырья в их рабочую часть.

Некоторые волчки имеют упрощенную конструкцию — сырье подается в них самотеком за счет разности уровней.

Конструкцию промышленных волчков копировали с мясорубок, получивших широкое распространение в быту и в системе общественного питания. Для повышения их производительности увеличивают геометрические размеры рабочих органов. Такое копирование с соответствующим увеличением числа оборотов рабочих органов приводит к значительному повышению удельного расхода энергии и температуры продукции при ее измельчении на волчках; к необходимости значительно повышать уровень загрузки и объем загрузочного бункера, чтобы создать безопасные условия работы при подаче продукции вручную и возможность многостаночного обслуживания. Все это сдерживает дальнейшее повышение производительности труда; исключает возможность перевода машин на автоматическую работу.

Волчки, используемые в мясной промышленности, применительно к технологическим требованиям характеризуются следующими особенностями: они пригодны для резания с разной степенью измельчения любой продукции с любым содержанием соединительной ткани; резание, если этого не требуют особые условия процесса, как, например, при измельчении клеежелатинового сырья, не сопровождается большими усилиями сжатия, которые могут отпрессовывать жидкую фракцию; режущий механизм набирается так, что измельчение проходит последовательно, без излишних затрат энергии и без уменьшения производительности машины; рабочую часть машин можно легко разбирать для санитарной обработки и легко собирать для подготовки машины к последующей работе; передаточные механизмы волчков снабжены предохранительными устройствами на случай перегрузки; на цилиндр волчка наносят стрелку, показывающую направление вращения рабочих деталей, и т. д.

За основную характеристику волчка принимают диаметр решетки: для промышленных типов он равен 80—300 мм; число оборотов червяка, в минуту 100—200 для тихоходных, 200—300 для средних и более 300 для быстроходных машин; для волчков, предназначенных не только для резания, но и для отжима жидкой фракции, число оборотов червяка не превышает 70 в минуту.

Сырье к волчкам подается по спуску, вручную или при помощи механических погрузчиков. В первом случае объем приемного бункера не имеет значения, при остальных способах подачи сырья объем бункера должен быть рассчитан на возможность обслуживания одним рабочим нескольких машин. Схемы волчков без устройств для принудительной подачи сырья на червяк из загрузочного бункера показаны на рис 2.1, а, б, е, з, и, с устройствами для принудительной подачи — на рис. 2.1, в, г, д, ж, к.

[pic]

Рисунок 2.1 – Схемы волчков промышленного типа.

Для принудительной подачи применяют: параллельный червяк (см. рис 2.1,з), что приводит к заметному удлинению рабочего червяка и цилиндра; горизонтальную, перпендикулярную к червяку спираль, расположенную по днищу загрузочного бункера (см. рис 2.1,г); перпендикулярный отвесный шнек (см. рис 2.1,к), установленный в загрузочном бункере, что приводит к увеличению высоты машины; две параллельные спирали, смонтированные поверх червяка с некоторым к нему наклоном (см. рис 2.1,в); две горизонтальные спирали, расположенные перпендикулярно к оси червяка и размещенные по днищу отдельного загрузочного бункера (см. рис 2.1,ж). Наибольшее распространение получили одно- и двухспиральные питающие устройства, смонтированные перпендикулярно к оси червяка, а также двухчервячные устройства (см. рис 2.1,з). Первые при прочих равных условиях, обеспечивая непрерывность подачи продукции в рабочую часть машины, не увеличивают длины червяка и цилиндра, что в результате уменьшает удельные расходы энергии и повышает удельную производительность по сравнению с подачей вручную.

Волчки могут быть с горизонтальным (см. рис. 2.1,а—д) или наклонным (см. рис. 2.1,ж, и) цилиндром. Если горизонтальное расположение цилиндра вызывает необходимость в значительном подъеме уровня верхнего среза загрузочного бункера как по условиям приема измельченного мяса, так и по требованиям техники безопасности, то при наклонной установке цилиндра с выдачей измельченной продукции вверх уровень расположения верхнего среза загрузочного бункера прямой связи с установкой цилиндра не имеет.

В зависимости от назначения волчков цилиндры их бывают: чугунные — для измельчения продукции при положительной температуре; чугунные с обогревающей рубашкой или змеевиком — для измельчения жирсодержащего сырья; стальные или чугунные со вставными ребрами (при отливке или после нее) — для измельчения замороженной продукции; чугунные с продольными щелями и сборником для жидкости и ножами, отсекающими, часть кусковой продукции при входе ее в цилиндр,— для измельчения желатинового сырья.

После отливки и обработки цилиндры подвергаются горячему лужению. На внутренней поверхности цилиндра находятся прямые или спиральные ребра, последние сложнее в изготовлении и ремонте. Износ ребер цилиндра и наружной кромки червяка уменьшает производительность волчка, так как увеличивается щель, через которую под давлением в рабочей части вытесняется обратно «текучая» фракция мяса. Уменьшение производительности при этом прямо пропорционально величине щели, возведенной в куб, и величине давления, создаваемого в рабочей части волчка. Для нормальных условий величина щели не должна превышать 2 мм.

Производительность волчка зависит и от длины червяка, точнее, числа витков на нем. При малой длине червяка и малом количестве витков обратный поток сырья значителен; при длинных червяках с 5—6 витками обратные потоки в зоне подпрессовки заметно уменьшаются, производительность повышается и сокращается удельный расход энергии. Это объясняется тем, что при наличии 5—6 витков в зоне подпрессовки эффект шлюзования наибольший, давление компенсируется лабиринтными устройствами. При дальнейшем увеличении длины червяка производительность стабилизируется, но повышается удельный расход энергии.

Волчки снабжаются индивидуальными электродвигателями, встроенными в станину или смонтированными на ней. В некоторых конструкциях корпус электродвигателя отливают вместе со станиной, что несколько снижает общий вес машины, однако в условиях эксплуатации такая конструкция себя не оправдала.

По форме червяки бывают цилиндрическими, и коническими. В зависимости от вида и состояния продукции и размера кусков ее, а также от назначения волчка нарезка спирали может быть с постоянным шагом, с шагом,

незначительно меняющимся (уменьшающимся по ходу продукции), с шагом,

резко уменьшающимся вначале и плавно к концу. С постоянным шагом по

длине червяка, но с дополнительной спиралью с тем же шагом, вводимой

со второго шага.

Главной частью волчка служит режущий механизм, плоский или конический. Производительность волчка определяется пропускной способностью режущего механизма. Наиболее распространен режущий механизм из ножей и решеток. Решетки имеют отверстия диаметром 25, 20, 13, 9, 6, 4, 3, 2 мм, определяющие скорость пропуска продукции; и степень измельчения; решетки, являясь деталью режущей пары, обеспечивают перерезание соединительной ткани мяса. Следует стремиться к большему использованию площади решетки под отверстия, но с сохранением требуемой прочности при максимально допустимом ее износе

Существенное влияние на производительность волчка оказывает комплектовка режущего механизма. Он может быть набран из одной, двух, трех, четырех, пяти и шести режущих плоскостей. При мелком и среднем измельчении механизм набирают из максимального количества режущих плоскостей. Так, если при измельчении мяса на выходную решетку с отверстиями 3 мм принять производительность при четырех режущих плоскостях за 1, то при трех плоскостях она составит 0,65, при двух — 0,45 и при одной — 0,3, причем удельный расход энергии повышается с уменьшением числа режущих плоскостей.

Для правильной работы режущего механизма необходима плотная затяжка ножей и решеток. Для этого гайку сперва затягивают ключом до отказа, а затем отпускают на 0,25—0,33 оборота. Однако по мере износа лезвия зазор увеличивается и уменьшается сила затяжки, и чтобы иметь постоянную силу затяжки режущего механизма, рекомендуют между крайней решеткой и упорным кольцом укладывать износостойкую резиновую прокладку или пружину, которые обеспечивают автоматическую компенсацию износа деталей и довольно постоянную силу сжатия этих деталей. Степень использования площади решетки под отверстия зависит от расположения отверстий, причем шахматное расположение дает более полное использование, площади, чем разбивка по квадрату.

Применяют ножи в основном крестовой формы. У многоперых ножей из-за большого числа перьев уменьшается свободная площадь между ними, через которую проходит мясо, что лимитирует производительность машины. Исключить это можно, снизив толщину корпуса пера, что приводите уменьшению его прочности. Для увеличения прочности многоперые ножи снабжаются кольцом жесткости, расположенным по свободным концам перьев. Удельный расход энергии на резание зависит от угла заточки лезвий. В последнее время выпускают ножи к волчкам со вставными лезвиями, заточенными под углом 20—30°.

Для единообразия при изготовлении ножей и решеток было предложено заменить ножи вращающимися решетками, зажимаемыми между неподвижными решетками. Однако это не дало желаемого эффекта ни по производительности машины, ни по расходу энергии. Последнее объясняется тем, что для получения требуемого эффекта резания мяса, имеющего в своем составе соединительную ткань, необходимо создать в поверхности стыка достаточное удельное давление. Если лезвия имеют режущую кромку малой ширины, то общее усилие затягивания незначительно и потери энергии на преодоление трения в стыковых поверхностях, вызванных этим усилием, будут невелики. При большой поверхности стыка, получаемой при замене ножей решетками, требуется значительное усилие затягивания, что и приводит к повышению удельного расхода энергии.

Известно, что при уменьшении угла заточки лезвия ножа удельный расход энергии снижается. Поэтому, некоторые заводы выпускают волчки, снабженные выходными решетками с отверстиями, просверленными под углом. Предложены также выходные решетки со щелями, расположенными под некоторым углом к лезвию ножа. В таком случае наблюдается тянущее резание, приводящее при углах до 60° к существенному снижению удельного расхода энергии.

В промышленности используют волчки различных марок, а именно: ФВС; МП-82; МП-1-120; ФВЛ-1-160; ФМП-2-120; МП-1-160; МП-2-220; Seydelmann, KOLBE (Германия), PSS (Словакия), Новицкий (Польша) и т. д.

Некоторые волчки современных производителей приведены в приложении.

Волчки МП-1-120 и МП-1-160 сходны по конструкции. Загрузочная горловина 1 (рис. 2.2,е) смонтирована на чугунной станине 2 и опирается на приемный цилиндр 3, в днище которого параллельно и в одной горизонтальной плоскости расположены подающая спираль 4 и червяк 5, свободный конец которого уложен в откидном цилиндре 6 и через палец ведет ножи режущего механизма 7. Наличие расположенной параллельно червяку и сбоку от него спирали 4 заметно снижает способность к шлюзованию, удлиняет червяк и цилиндр машины, повышает вес машины и удельный расход энергии.

На рис. 2.2,г приведена кинематическая схема волчка МП-1-120. Машина приводится в действие от электродвигателя 1 через клиноременную передачу 2 и редуктор 3 с двумя выходными валами: вал 4 ведет червяк 7, а вал 5 — спираль 6.

В промышленных условиях верхний срез загрузочного бункера необходимо располагать на уровне, доступном для постоянного обслуживания

[pic]

Рисунок 2.2 – Волчки полтавского завода «Продмаш».

Описание конструкции волчка МП-1-160 и принцип действия.

[pic]

Рисунок 2.3 – Волчок марки МП-1-160:

1 – редуктор; 2 – рабочий цилиндр; 3 – червяк; 4 – шнек подачи.

Волчок МП-1-160 изготовляют с одним питающим шнеком, расположенным параллельно и сбоку червяка. Волчок состоит из чугунной литой станины, на которой смонтированы загрузочная воронка с приемным цилиндром, в последнем расположены шнек подачи и червяк. Продолжение червяка входит в откидной цилиндр, который через промежуточный фланец прикреплен к корпусу шнеков.

В раструбе откидного цилиндра установлен режущий механизм, собранный на переднем хвостике рабочего шнека и укрепленный гайкой-маховиком. Такая компоновка шнека подачи заметно удлиняет червяк и утяжеляет машину.

Привод волчка состоит из электродвигателя, клиноременной передачи и двухступенчатого редуктора. Корпус шнеков и привод смонтированы внутри станины. Загрузочная чаша болтами прикреплена к корпусу шнеков.

3 Расчетная часть

3.1 Технологический расчет

Определение производительности.

Принимаем: шаг последнего витка t[pic]= 50 мм, плотность продукта

ρ = 980 кг/м[pic], коэффициент объёмной подачи К[pic]=0,5, коэффициент использования площади отверстий первой ножевой решётки φ = 0,8.

Суммарная площадь отверстий в первой ножевой решётке, ближайшей к шнеку, м[pic]:

[pic]=[pic], где

[pic]- диаметр одного отверстия, м

[pic]- количество отверстий ножевой решётки, шт

[pic]=0.025 м

[pic]=18 шт.

[pic] м[pic]

Скорость продвижения продукта через отверстия ножевой решётки, м/с :

[pic], где

[pic]- частота вращения шнека, мин[pic]

[pic], [pic] - наружный и внутренний радиусы последнего витка шнека, м

[pic]- коэффициент объёмной подачи продукта

n= 276 мин[pic]

rн= 130 мм

rв= 50 мм

[pic]90

[pic][pic] м/с

Производительность волчка :

[pic] , где

[pic] - плотность продукта, кг/м[pic]

[pic] - коэффициент использования площади отверстий первой ножевой решётки

[pic]980 кг/м[pic]

[pic]0,8

П = 0,0088*0,092*980*0,8*3600 = 2285 кг/ч