Обработка экспериментальных данных и составление отчета

Для составления отчета необходимо начертить несколько кинематических схем, сделать расчеты по приведенным в работе формулам и занести результаты опытов и расчетов в таблицу 1.

Кроме того, необходимо сопоставить полученные данные по производительности и мощности с паспортными данными.

Таблица 1

№ п/п	Показатели	Условное обозначе-ние	Единицы измерения	Опытные (ориентировочные) данные	Расчетные данные
1.	Объем дежи	V	Л (дм3)	140
2.	Радиус вращения лопасти	R	м	0,28
3.	Коэффициент заполнения дежи	j		0,6
4.	Время цикла одного замеса (Т = r3 + r0 + rв)	T	мин	20
5.	Частота вращения лопасти	n л	мин-1	27
6.	Частота вращения дежи	n д	мин-1	4
7.	Удельное давление лопасти на тесто	со	Па (н/м-2)	10,5 ∙ 104
8.	Вес (сила тяжести дежи)	Gg	Н	70
9.	Коэффициент трения в опорах	f		0,01
10.	Радиус цапфы вала дежи	r уп	М	0,01
11.	Площадь лопасти	F л	м	1,4 ∙ 10-2
12.	Угловая скорость лопасти	w д	с-1	2,7
13.	Коэффициент лобового сопротивления	k		7
14.	Коэффициент захвата теста лопастью	λ		1,25
15.	Высота подъема теста лопастью	H	м	0,28
16.	Плотность теста	ρ	кг/м3	900
17.	Масса теста, захватываемая лопастью и масса лопасти (GТ+GЛ)	C0 1	кг	15,45+10
18.	Угловая скорость дежи	w л	с-1	2,7
19.	Масса теста в деже и масса дежи	С02	кг	1000
20.	Угловая скорость дежи	w д	с-1	0,4
21.	Приведенный радиус сопротивления движению лопасти относительно оси дежи при замесе теста	rn р	м	0,15

Лабораторная работа № 3

«Изучение работы мощности для измельчения мяса»

Цель работы:

· Изучить принцип действия и устройство машин для измельчения мяса, применяемые на предприятиях торговли и общественного питания.

· Рассчитать производительность машины для измельчения мяса, теоретическую мощность.

· Вычертить кинематическую схему машины для измельчения мяса.

 

Мясорубка (рисунок 1) состоит из корпуса с загрузочной чашей, камеры обработки, рабочего шнека, режущего механизма и привода. На передней части чугунного пустотелого корпуса имеется наружная резьба, на которую навинчивается нажимная гайка. Сверху корпуса имеется наружная резьба, на которую навинчивается нажимная гайка. Сверху корпуса находится загрузочная чаша с предохранительным кольцом, а на его боковой стенке крепится рукоятка для выталкивания режущего механизма.

Камерой обработки служит цилиндрическая полость корпуса с направляющими ребрами и бороздками, улучшающими подачу продукта. Кроме того, они препятствуют прокручиванию продукта вместе с рабочим шнеком.

Рабочий шнек – транспортирующий орган волчка. Он представляет собой однозаходный червяк с переменным шагом витков, который уменьшается в сторону режущего механизма. Благодаря такой конструкции червяка продукт уплотняется, что облегчает его резку ножами и продавливание сквозь решетки. Шнек хвостовиком (утолщенная часть) вставляется в крышку редуктора, а палец шнека (тонкая часть) служит для крепления на нем режущего механизма.

Режущим механизмом является ножи (двусторонние) и решетки (подрезная ножевая и с крупным, средним и мелким отверстиями). У двусторонних ножей режущие кромки расположены на двух боковых гранях каждого из четырех выступов ножа. В центре ножа имеется отверстие, форма которого соответствует форме поперечного сечения пальца шнека. Благодаря этому от шнека на ножи передается вращательное движение. Подрезная ножевая решетка имеет три перемычки, одна сторона которых узкая, другая широкая, с заостренными краями. Для увеличения живого сечения решеток отверстия в них расположены в шахматном порядке. На боковой поверхности каждой решетки имеется вырез для шпонки, установленной в камере обработки. Шпонка соответствует неподвижной установке решетки и

свободному пропусканию шнека и ножен.

Рисунок 1 - Устройство мясорубки

а – общий вид; 1 – предохранительное кольцо; 2 – загрузочная чаша; 3 – цилиндрический косозубый редуктор; 4 – электродвигатель; 5 – корпус; 6 – хвостовик; 7 – камера обработки; 8 – шнек; 9 – режущий механизм.

б и в – режущий механизм волчка (для мелкого и крупного измельчения); 1 – подрезная ножевая решетка; 2 – двусторонний нож; 3 – ножевые решетки; 4 – упорное кольцо; 5 – зажимная гайка.

 

 

Рисунок 2 - Кинематическая схема

1 – электродвигатель; 2, 3, 7 и 8 – зубчатые колеса редуктора; 4 – режущий механизм; 5 – рабочий шнек; 6 – редуктор.

 

Рисунок 3 - Исполнительный механизм мясорубки

1 – рабочая камера; 2 – шнек; 3 – ребра; 4 – подрезная решетка; 5, 6 – ножевые решетки; 7 – упорное кольцо; 8 – нажимная гайка; 9 – ножи

 

 

Порядок проведения работы

Работу начинают с изучения устройства узлов и отдельных элементов мясорубок, имеющихся в лаборатории. Затем внимательно знакомятся с устройством рабочего цилиндра, шнека, режущих инструментов и их установкой, передаточным механизмом, а также креплением ножей и решеток на палец шнека и мясорубки на корпусе индивидуального привода. Описание мясорубки и принцип работы изучают по учебнику, по плакатам и по другим наглядным средствам обучения.

Далее составляют кинематическую схему и приступают к определению основных конструктивных параметров: рабочего цилиндра (заходности винтовых ребер, внутреннего диаметра рабочей камеры, ее длины от края загрузочного отверстия в корпусе мясорубки до плоскости установки подрезной решетки), шнека, (заходности, наружного, среднего и внутреннего диаметров первого и последнего витков, их шага), режущих инструментов (внутреннего и наружного радиусов отверстий подрезной решетки, длины и ширины лезвий вращающихся ножей, диаметра неподвижных решеток и отверстий в них, шага между отверстиями, их расположений на ножевой решетке).

К проведению экспериментальной части работы приступают с разрешения преподавателя.

Преподаватель указывает тип мясорубки, вид продукта, набор режущих инструментов, усилие начальной затяжки режущего инструмента.

Замеряют конструктивные параметры разобранной мясорубки, вычерчивают эскизы подрезной решетки, вращающегося ножа и ножевой решетки с обозначением основных размеров и определяют коэффициенты К_р, К_п∙р, К_у, К. Мясорубку собирают, устанавливать в корпусе универсальной кухонной машины, включают электродвигатель и тахометром измеряют частоту вращения шнека мясорубки. Включают машину и измеряют мощность электродвигателя при работе ее на холостом ходу. Затем машину останавливают.

На циферблатных весах взвешивают четыре-пять равных порций продукта, включают мясорубку и загружают в нее первую порцию. В процессе измельчения продукта регистрируют отклонение стрелки на индикаторе. При этом по секундомеру измеряют время измельчения, а по ваттметру мощность двигателя.

После окончания опыта детали режущего инструмента, шнек, корпус, загрузочное устройство, рабочую камеру тщательно очищают от остатков продукта, моют и просушивают.

Студенты, обучающиеся по специальности 260501, определяют качественные показатели работы мясорубки.

Студенты, обучающиеся по специальности 260601 изучают основные неисправности мясорубок в процессе их работы.

Основными показателями, характеризующими работу мясорубки, являются: производительность, удельный расход энергии при измельчении 1 кг. продукта, коэффициент уплотнения, коэффициенты использования площади подрезной и ножевой решеток, давление продукта за последним витком шнека, его зависимость от усилия начальной затяжки режущих инструментов, механический КПД машины.

 

1. Ознакомиться с элементами теории.

2. Вычертить кинематическую схему машины.

3. Рассчитать действительную производительность П_д мясорубки, определяется по формуле:

                                                      ,                                                   (1)

где: m – масса перерабатываемой порции продукта, кг;

Т – длительность обработки, с.

 

4. Теоретическая производительность П_т мясорубки, исходя из пропускной способности решетки, определяется по формуле:

                                              ,                                                 (2)

где: F ₀ – суммарная площадь отверстий в первой ножевой решетке, ближайшей к шнеку, м²:

                                                    ,                                      (3)

где: d _о – диаметр отверстия, м;

z _о – количество отверстий в решетке, шт.;

v _о – скорость продвижения продукта через отверстия в первой ножевой решетке, м/с:

                                         ,                              (4)

где: p – частота вращения шнека, мин^-1;

r _н, r _в, – соответственно наружный и внутренний радиусы шнека;

м; b _n – угол подъема последнего витка, град;

K _в – коэффициент объемной подачи продукта (K _в = 0,35…0,4);

p – насыпная масса продукта, кг/м³ (р = 1000…1100 кг/м³);

j – коэффициент использования площади отверстий первой ножевой решетки (j = 0,8…0,9).

 

5. Определяют отношение длины рабочей камеры L_k от края загрузочного отверстия в корпусе мясорубки до плоскости установки подрезной решетки к внутреннему диаметру камеры D _К:

                                                                                                     (5)

 

Углы подъема первого b ₁ и последнего b _n витков для наружного d _н, среднего d_cp и внутреннего d _в диаметров шнека определяют по формулам:

                                         ;                                 (6)

где: t – шаг винтовой нарезки, м;

d – соответствующий диаметр шнека, м.

Коэффициент уплотнения К_у определяется по формуле:

                                                                                    (7)

где: t ₁, t_n – шаг первого и последнего витков, м.

 

Площадь ножевой решетки F _р – определяется по формуле:

                                                                                 (8)

где: d _р – диаметр решетки, м.

 

Коэффициент использования решетки К_р будет равен

                                                                                   (9)

 

Площадь подрезной решетки F_{n р} будет равна площади ножевой решетки F _р.

Площадь отверстий в подрезной решетке F ₀₁ определяют по формуле:

                                                   ,                      (10)

где: r_max и r_min – наружный и внутренний радиусы отверстий подрезной решетки, м;

b – ширина перемычки подрезной решетки, м;

l – длина лезвия подрезной решетки, м.

 

Коэффициент использования площади подрезной решетки K _пр будет равен по формуле:

                                                                                                   (11)

После этого сопоставляют K _р и K _пр.

 

6. Полезная мощность N _пол определяется по формуле:

                                                N _пол = N _общ - N _х∙х                                   (12)

где: N _общ – мощность электродвигателя при работе машины под нагрузкой, Вт;

N _х∙х – мощность электродвигателя при работе машины на холостом ходу, Вт.

 

Для определения теоретической мощности необходимо рассчитать давление продукта за последним витком шнека:

                                                    ,                                  (13)

где: Р_о – осевое усилие за последним витком, Н;

Р₁ – давление продукта за последним витком шнека.

 

7. Теоретическую мощность N _т можно определить по общей формуле:

                                       N_T =                                               (14)

где: N ₁ – мощность, необходимая для разрезания продукта в режущем механизме, Вт.

 

Для мясорубки с подрезной решеткой, двумя двусторонними вращающимися ножами и двумя неподвижными ножевыми решетками NI рассчитывают по формуле:

                            ,                               (15)

где: F_p – площадь ножевой решетки, м²;

K_{p 1}, K_{p 2}, - соответственно коэффициенты использования площади решеток с крупными и мелкими отверстиями;

а – удельный расход энергии на перерезание продукта (а = (2,5…3,5) ∙ 10 Дж/м);

z – количество лезвий у одного ножа, шт.;

N ₂ – мощность, необходимая на преодоление трения в режущем механизме, Вт:

                                     ,                               (16)

где: Р₃ – усилие затяжки и режущего механизма, Н (задается преподавателем или устанавливается с помощью измерительного устройства).

 

Кроме того, Р₃ можно определить по формуле:

                                   Р ₃ = Р * b* z (r_max - r_min),                                  (17)

где: Р^* – усредненное удельное давление на поверхности стыка ножей и решеток (Р^* = (2…3) ∙ 10⁶ Па);

b ^* – ширина площадки контакта лезвия ножа и решетки, м;

r_max, r_min – соответственно наружный и внутренний радиусы вращающегося ножа, м;

f – коэффициент трения скольжения ножа по решетке в присутствии измельченного продукта (f ≈ 0,1);

j – количество плоскостей резания;

N ₃ – мощность необходимая для преодоления трения продукта о поверхность шнека и на продвижение продукта от загрузочного устройства до режущего инструмента, Вт;

                                              (18)

где: Р₁ – давление за последним витком шнека (Р₁=(3,0…0,5) ∙ 10⁵ Па);

f ₁ – коэффициент трения продукта о шнек (f₁ = 0,3…0,5);

m ^* – количество витков шнека, шт.;

t _ср – средний шаг между витками шнека, который зависит от их среднего угла подъема b _ср среднего диаметра d _ср, м.

При этом

 или

h _м – КПД передаточного механизма (h _м = 0,85).

Удельный расход электроэнергии Р, передаточное отношение и механический КПД машины h _м определяются по формулам (14), (16).

После обработки экспериментальных данных составляют таблицы 1 и 2.

 

Таблица 1

№ п/п	показатели	Условия обозначения	Единицы измерения	Опытные данные	Расчетные данные
1.	Две ножевые решетки снаружным диаметром	dp	мм	104
2.	Диаметр отверстий первой решетки	d1	мм	5
3.	Число отверстий	z1	шт	140
4.	Диаметр отверстий второй	D2	мм	3
5.	Число отверстий	z2	шт	276
6.	Частота вращения шнека	n	мин-1	200
7.	Шаг последнего витка	tn	мм	36
8.	Плотность продукта	p	кг /м3	1000
9.	Диаметр шнека	d	мм	36
10.	Наружный радиус шнека	r н	мм	45
11.	Внутренний радиус шнека	rB	мм	28
12.	Коэффициент объемной подачи принять	K в	-	0,4
13.	Коэффициент использования площади отверстий первой ножевой решетки	j	-	0,8

 

Вращающиеся ножи – 2; наибольший радиус r_max = 47 мм; наименьший радиус r_min = 25 мм.