Расчёт тестоделительной машины

ВВЕДЕНИЕ-1.doc

Хлебобулочная продукция прочно обосновалась на российском рынке.
На нее постоянно растёт спрос жителей не только столичного региона но и российских провинций.
Современное хлебопекарное производство характеризуется высоким уровнем механизации и автоматизации технологических процессов производства хлеба внедрением новых технологий и постоянным расширением ассортимента хлебобулочных изделий а также широким внедрением предприятий малой мощности различных форм собственности. Всё это требует от работников отрасли высокой профессиональной подготовки знания технологии и умения выполнять технологические операции по приготовлению пшеничного и ржаного теста по разделке и выпечке различных видов изделий.
К основным технологическим процессам хлебопекарного производства относятся замес и брожение теста деление его на порции формование заготовок расстойка и выпечка.
Упрощённое изображение расположения технологических машин и аппаратов а также увязанного с ними транспортного оборудования в соответствии с принятой технологией производства представляет собой машинно-аппаратурную схему.
В качестве основных машинно-аппаратурных схем можно рассмотреть схему производства ржаного хлеба вырабатываемого на крупных хлебопекарных предприятиях [6].
Рис.1 Машинно-аппаратурная схема производства ржаного хлеба
На рис.1 приведена машинно-аппаратурная схема производства ржаного хлеба. На производство мука подаётся специализированным транспортом. Для разгрузки ёмкость автомуковоза подключают с помощью гибкого шланга к приёмному щитку 8. Мука по трубам 10 аэрозольтранспортом подаётся в силосы 9 в которых хранится. По мере необходимости из силосов мука с помощью роторных питателей 7 и через переключатель 11 поступает в бункер 12 затем — в просеиватель 13 промежуточный бункер 14 и на автоматические весы 15. Далее мука подается в производственные силосы 16 из которых дозируется в тестомесильную машину 17.
Работу аэрозольтранспорта обеспечивает компрессорная станция оборудованная компрессором 4 ресивером 5 и фильтром 3. Для равномерного распределения сжатого воздуха при всех режимах работы перед питателем устанавливают ультразвуковые сопла 6.
При тарном хранении сахар поступает и хранится в мешках дрожжи маргарин яйца — в ящиках жиры — в бочках. Скоропортящееся сырье хранят в холодильных камерах.
При бестарном хранении соль сахарный сироп дрожжевое молоко жиры молочная сыворотка доставляются специализированным автотранспортом. При поступлении в жидком виде сырьё перекачивают по трубопроводам в расходные бачки откуда через дозирующие устройства они поступают на замес.
Подача жидких компонентов к тестомесильной машине осуществляется дозировочными станциями 18 питающимися от расходных бачков 20 и 21.
Тесто замешивается в тестомесильной машине 17 и подаётся на брожение в агрегат 19. Отсюда оно поступает в делитель 22. Далее заготовки с помощью маятникового укладчика 1 загружаются в ячейки люлек расстойного шкафа 2 где они находятся 40 50 мин. Расстоявшиеся заготовки перекладывают на под печи 23 в рабочей камере которой осуществляются гигротермическая обработка и выпечка.
Выпеченные изделия с помощью укладчика 24 загружаются в контейнеры 25 и направляются в остывочное отделение и экспедицию.
Общая длительность технологического процесса приготовления хлеба обычно составляет 9 10ч.[6]
Тестоделение – это операция которая требует наибольшей точности и строгого контроля. Сложность выполнения заключается в специфичности свойств теста. Тестоделительные машины предназначены для разделения теста на заготовки одинаковой массы и формы.
В зависимости от конструкции машин воздействие на различные виды теста будет также различным. Таким образом правильно подобранное и отлаженное тестоделительное оборудование оказывает существенное влияние на качество продукции и весь технологический процесс в целом.
ТЕСТОДЕЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ
Все тестоделительные машины делят тесто по объёмному принципу.
Поэтому для получения кусков одинаковой массы тесто должно иметь
постоянную равномерно распределённую плотность. Основным качественным показателем работы тестоделительной машины является точность массы кусков теста. Определение точности работы тестоделительной машины имеет конечной целью обеспечение выпуска стандартной продукции сокращение производственных потерь и обнаружение возможных отклонений в технологических параметрах приготовления тестовых полуфабрикатов. После деления теста на куски оно подвергается целому ряду технологических операций сопровождающихся изменением массы. Поэтому по массе готовых изделий трудно установить на каком этапе технологического цикла произошло сверхнормативное изменение массы. В соответствии с действующими стандартами допустимые отклонения массы отдельных изделий определяются в
конце технологического процесса — по остывшему хлебу. Максимальное
отклонение массы десяти одновременно взвешенных изделий не должно
превышать + 25% номинальной массы а отклонение одного изделия - не более
Сложность процесса деления теста обусловливается прежде всего
неоднородностью самого продукта обработки. При делении теста одного какого-либо сорта в приёмную воронку тестоделительной машины может
поступать тесто различной консистенции и различной объёмной массы вследствие отклонений при дозировании компонентов а также из-за
возможных нарушений режима технологического процесса. Кроме того
объёмная масса теста зависит от свойств перерабатываемой муки и изменяется при делении теста в зависимости от степени обработки его в тестоделительной машине.
Для получения кусков теста равной массы имеют большое значение
условия и режим работы машины: уровень теста в приёмной воронке; величина и постоянство давления на тесто в конце нагнетательного процесса;
взаимодействие рабочих органов и теста. Уровень теста в приёмной воронке
должен поддерживаться постоянным и при этом обеспечивается надёжное
заполнение рабочей камеры.
После анализа литературы и рассмотрения различных видов
тестоделительных машин предпочтение было отдано тестоделительной
машине со шнековым нагнетателем (рис. 2) т. к. она отличается сравнительной
простотой устройства и интенсивным механическим воздействием на тесто.
Такая конструкция тестоделительной машины хорошо подходит для деления
заготовок при изготовлении мелкоштучных хлебобулочных изделий.
Рис. 2. Принципиальная схема тестоделительной машины со шнековым нагнетателем без делительной головки: 1— приёмная воронка 2 — нагнетающие шнеки (2 шт.) 3 — отсекающий нож 4 — мундштук 5 — ролик включающий привод[3].
1. Нагнетатель теста
Нагнетатель теста выполняет важную функцию по подачи теста из
тестоделительной машины в тестоделитель. Необходимым условием является бесперебойная подача для поддержания необходимого уровня теста.
Рассматриваемый нагнетатель (рис. 3) состоит из чугунного корпуса 1
который установлен и закреплён на чугунной плите. Внутри корпуса
эксцентриситетом вращается ротор.
Загрузочный и выпускной патрубок имеют присоединительные
фланцы. В пазы ротора вставлены два выдвигающихся чугунных шибера 9 и
два бронзовых 1 посредством толкателей связанные между собой попарно.
С торцов корпус закрыт съёмными крышками. В крышке запрессованы
металлофторпластовая втулка 14 и подшипник 18 которые являются опорами вала. Для предотвращения течи теста из нагнетателя имеются сальниковые набивки 6 которые прижимаются фланцами 34.
Приводом нагнетателя является мотор – редуктор МПз2-50-
4 который передаёт вращение валу нагнетателя посредством упругой
муфты (4). Муфта закрыта ограждающим щитком 5.
Тесто подается сверху в загрузочный патрубок и заполняет
внутреннюю часть корпуса нагнетателя захватывается шиберами ротора и
нагнетается в выходное отверстие. Частота вращения ротора нагнетателя
Перед началом работы нагнетателя необходимо убедиться в
правильности вращения выходного вала мотор – редуктора[1-2].
Перед остановкой нагнетателя на длительный период необходимо
выработать все находящееся в нем тесто при необходимости разобрать и
удалить оставшееся тесто.
Рис. 3. Нагнетатель теста
2. Укладчик - делитель
Рассматриваемый укладчик - делитель со шнековым нагнетателем
предназначен для деления мелкоштучных хлебобулочных изделий из
пшеничного ржаного и ржано - пшеничного теста на равные куски развесом
4-1кг производительность 40-65 заг.мин. точность деления 15% масса
Укладчик - делитель состоит из привода: электродвигатель
А100S4У3 муфты редуктора Ц2У-125-10-1-2; двух цепных кинематических
пар; звездочек 4 5 для вращения шнека и звездочек 67 для вращения
тестоделительной головки и перемещения каретки (рис. 4).
Механизм перемещения форм включает в себя привод состоящий из
электродвигателя 4A90L6У3 редуктора 24-80 315-2-1-2; клиноременной
передачи: ведущий вал D-130мм ведомый D 135мм и цепной передачи
приводящей в движение конвейер печи.
Работает делитель следующим образом. Тесто подается в приемный
бункер 17 где оно отлеживается в течение нескольких минут. Далее
тесто самотеком поступает в рабочую полость шнека. Вращаясь от
электродвигателя и цепной передачи шнек своими лопастями перемещает
тесто при этом оно уплотняется полностью заполняет рабочую камеру что
создает определенное давление нагнетания теста в мерный цилиндр
делительной головки которая периодически поворачивается на 180° с
помощью однобортной муфты. При заполнении тестом мерного кармана с
другой стороны головки спаренный поршень выталкивает ранее отмеренную
заготовку на лоток укладчика. Регулирование массы кусков теста
производится изменением объема мерного кармана путем сближения или
удаления половинок поршня. Одновременно с поворотом делительной
головки происходит перемещение цепного конвейера на один шаг. Так
последовательно заполняются тестовыми заготовками формы укладчика и
когда наберется количество соответствующее числу форм на люльке
произойдет отключение приводного двигателя и делитель остановится[45].
Для нормальной эксплуатации делителя необходимо равномерно подавать тесто в приемную воронку поддерживать в воронке постоянный
уровень теста периодически проводить очистку соприкасающихся с тестом
Рис. 4. Схема кинематическая укладчик - делитель
3. Стабилизатор для выравнивания давления в делительной головке
Приспособление относится к хлебопекарной технике a именно к области дозирования теста в условиях полевых хлебозаводов и небольших хлебопекарных предприятий.
Известна тестоделительная машина содержащая нагнетатель выполненный в виде корпуса со смонтированным в нем шнеком делительную головку представляющую собой корпус с периодически поворотным барабаном имеющим мерную камеру с плавающим в ней поршнем приспособление для соединения горловин корпусов нагнетателя и делительной головки и механизм для вращения барабана длительной головки включающий однооборотную муфту и двуплечий рычаг который связан с упругим элементом и взаимодействует с поршнем делительной головки и койне его хода.
Известная машина ненадежна в работе из-за отсутствия предохранительного механизма исключающего возможность поломок в случае нападения посторонних предметов или засыхания кусков теста между корпусом и барабаном делительной головки.
Кроме того в ней отсутствует регулировка давления и мерной камере что в свою очередь снижает точность деления теста.
Цель модернизации — возможность регулирования давления в мерной камере повышения точности деления и надежности эксплуатации машины.
Это достигается там что упругое звено снабжено приспособлением для регулировании степени его натяжения.
Отличительной особенностью предложенной машины является и то что приспособление для соединения горловин корпуса нагнетателя и делительной головки выполнено в виде стягиваемого разрезного кольца устанавливаемого на горловинах однако вместо уплотнительных колец используются раздвижные кольца расположенные в виде спирали. Из-за этого независимо от давления на входе на выходе давление будет одинаковым за счёт разжимания (тесто само сдвигает-раздвигает спираль) т.е. меняется пропускная способность спирали. За счёт этого стабилизируется давление и из-за этого улучшается точность деления.
Рис. 5 Стабилизатор для выравнивания давления в делительной головке.
На рис. 5 изображена схема предлагаемой машины: приспособление для соединения корпусов нагнетателя и делительной головки и разрез по А—А (рис.3)
Предлагаемое приспособление состоит из корпуса нагнетателя 1 раздвижных колец 2 уплотнительных колец 3 и 5 из резины корпуса делительной головки 6 в котором расположен периодически поворотный барабан 7 разрезного кольца 4 и стягиваемого болта 8.
Описанное устройство работает следующим образом.
При прохождении массы из корпуса нагнетателя в делительную головку раздвижные кольца в зависимости от концентрации разжимаются если концентрация густая а если жидкая то сжимаются. Следовательно поток массы подается в делительную головку при постоянном давлении.
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ТЕСТОДЕЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН
Влияние соотношения характерных объемов тестоделителя на степень
механической проработки теста было рассмотрено в теории
тестоделительных машин. В зависимости от кратности обжатия теста Кн в
делительных машинах оно подвергается различному механическому
воздействию заключающемуся в механическом перемешивании и
многократном сжатии теста до определенного давления. Величина
давления существенно влияет на точность деления и качественные
показатели теста. Известно что с увеличением рабочего давления
повышается точность работы делителя но когда она превысит
определенное значение то произойдет нежелательное изменение структуры
теста ухудшение его свойств.
Б. А. Николаев обратил внимание на то что механическая обработка
существенно влияет на упруго-вязкие свойства теста способствует на
определенной стадии улучшению структуры пористости и даже влияет на
цвет мякиша. Усиленная механическая обработка теста способствует
повышению газообразующей и газоудерживающей способности теста а
следовательно и повышению качества хлеба.
К. Н. Чижова отмечала в ряде работ что механическое удаление
углекислоты из теста перед его разделкой способствует увеличению
объема хлеба повышению пористости и осветлению мякиша.
Для улучшения поведения теста при различных давлениях во
ВНИИХПе была создана специальная установка и проведены исследования.
Установка представляла собой цилиндр со сплошным дном внутри цилиндра
помещали испытуемое тесто закрывали его поршнем и сжимали с
помощью винтового пресса. Для выпуска воздуха попавшего в цилиндр с
тестом на боковой поверхности цилиндра были вмонтированы пробки.
Давление в цилиндре измеряли с помощью манометра соединенного
трубкой с тестовой камерой. Трубку заполняли солидолом. Для опытов брали
тесто заводского приготовления из ржаной муки I сорта влажность теста составляла 42% кислотность - 3°Н а также по рецептуре батончиков к чаю при влажности 404 % кислотности 3°Н. В рецептуре последнего теста содержалось сахара 10% сливочного масла 8 %.
Тесто подвергали сжатию в описанной установке от 05 до 10×105Па.
Отдельно проводили десятикратное сжатие теста до 05×105; 2×105 и
×105Па. От спрессованной массы отделяли три заготовки по 440 г которые
затем округляли закатывали расстаивали и выпекали в виде батона на
заводском оборудовании. Параллельно проводили контрольные опыты без
Этими опытами было установлено что с увеличением давления на
тесто при его делении во всех случаях увеличивался объем хлеба в
среднем на 10 % заметно улучшалась пористость.
На основании этих опытов Я. В. Тихомиров и Н. В. Тульский
пришли к выводу что повышение давления в камерах тестоделительных
машин до (310)105 Па приводит к улучшению пористости хлеба и
увеличению его объема а поскольку увеличение давления способствует
повышению точности деления то следовательно в тестоделительных
машинах целесообразно повышать давление до указанных пределов.
Как показали опыты при интенсивной механической обработке
теста перед делением шнеками валками и другими устройствами точность
деления может быть достигнута при сравнительно низком давлении
(порядка 05×105 Па) в результате предварительного удаления углекислоты
Следовательно при анализе опытов необходимо учитывать методику
проведения опытов и приемы оценки влияния давления на поведение теста
в расстойке и выпечке а также степень его механической проработки на стадии замеса и разделки. На основании изложенного приходим к выводу
что для обоснования рабочих параметров следует разработать методику
эксперимента и программу исследований которая позволила бы установить
рациональные параметры рабочего процесса для различных сортов теста.
При этом наиболее важным показателем следует считать кинетику
изменения объема и конечный объем готового изделия а также вариации
массы заготовок при допустимом колебании давления[8].
Для выявления рациональных параметров рабочего процесса
тестоделителя образцы теста заводского приготовления подвергали сжатию в
экспериментальной камере. Затем заготовки с различной степенью обжатия
округляли вручную и укладывали по четыре штуки в ряд на расстойные
доски которые помещали в лабораторный расстойный шкаф при
температуре воздуха 34°С и относительной влажности 70 %. Через каждые
мин измеряли высоту и средний диаметр заготовок с помощью
На рис. 6 приведены кривые изменения диаметра и высоты заготовок
после обжатия до различного давления.
Рис. 6. Изменение диаметра (а) и высоты (б) тестовых заготовок в процессе расстойки после сжатия до: 1 - 05×105 Па 2 - 105 Па 3 - 2×105 Па 4 - 5×105 Па.
Для получения исчерпывающей оценки роста заготовок
необходимо знать изменение их объема в процессе расстойки.
Объем заготовок был рассчитан с помощью уравнения:
где d - средний диаметр заготовки определяемый как среднеарифметическое двух взаимноперпендикулярных замеров диаметра заготовки; h - высота заготовки; k - коэффициент учитывающий отклонение фактического объема от расчетного; для теста ржаного из муки I сорта k=l09 для муки II сорта k=l06.
На рис. 3 приведены кривые изменения объема тестовых заготовок в
расстойке после обжатия в камере до различных давлений. Здесь
интересно отметить что с повышением давления до 2×105 Па объем
заготовок достигает максимального значения. При увеличении давления
свыше 2×105Па объем уменьшается так же как и при снижении давления.
Таким образом было установлено что для теста приготовленного по
современной технологии обжатие до 210×5Па оказывает положительное
влияние на расстойку способствует укреплению его структуры и
газоудерживающей способности о чем свидетельствует максимальный объем и диаметр заготовок в расстойке.
Рис. 7. Изменение объема заготовок в расстойке после сжатия до различного давления (обозначения те же что и на рис. 5).
Высота заготовок была максимальной после сжатия теста до
×105Па но при этом диаметр и объем оставались меньшими. Последнее
свидетельствует о том что структура теста продолжала укрепляться но
образующиеся газы не в силах были растянуть его до нужного объема. При
давлении 2×105 Па высота заготовок была минимальной а диаметр и
объем близки к максимальному. Исходя из этих опытов область
рациональных параметров рабочего давления делителя ограничивается (12)
5 Па. Аналогичные результаты были получены для ржаного теста из
Проведенные исследования позволили установить факт
положительного влияния давления на укрепление структуры теста и
установить область рациональных значений давления.
Для уточнения влияния рабочего давления в мерной камере на
точность деления произведем расчет допустимых колебаний давления.
Для расчета возьмем тесто ржаное из муки I сорта.
Относительная погрешность массы заготовки при изменении
давления от p1 до р2 определяется по уравнению:
где p1 и р2 - плотность теста при давлениях p1 и р2.
Из уравнения определим р2 при заданной величине погрешности:
Пусть D=15 % p = 105 Па. По диаграмме определим pl = 1174×103
кгм3 и произведем подстановку в уравнение найдем р2:
по нему по кривой состояния определим р2 =15×105 Па. Из расчета следует
что при рабочем давлении 105 Па колебания давления в 05×105 Па
приводят к максимальной погрешности массы заготовки не превышающей
%. а при рабочем давлении 2×105Па аналогичные колебания вызовут
Из приведенных расчетов следует что при указанных колебаниях
рабочего давления в камере тестоделителя в области от 10 до 2×105Па
погрешность меньше допустимых норм в обоих случаях. Настоящие
исследования и расчеты позволили установить область рационального
давления в рабочей камере тестоделителя в пределах (12)105 Па.
Однако при выборе рационального значения рабочего давления
тестоделителя необходимо учитывать тот факт что при снижении рабочего
давления от 2×105 до 1×105 Па достигается лучшая комбинация показателей
качества теста снижаются мощность приводного электродвигателя и расход
энергии примерно на 30% почти в два раза уменьшаются максимальные
нагрузки на все подвижные элементы машины значительно повышается
долговечность и безотказность работы делителей.
РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЯ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ ТЕСТОДЕЛИТЕЛЯ
1. Расчёт шнека тестоделительной машины
Основными достоинствами шнековых устройств являются:
компактность незначительная стоимость удобство расположения мест загрузки и разгрузки простота изготовления ухода регулировки загрузки и выгрузки.
Шнеки могут выполняться как с прерывной винтовой поверхностью
(рис. 8) так и с непрерывной.
Винтовые поверхности получаются как след от движения образующей
(прямой кривой) вокруг и вдоль некоторой оси. Винтовая линия описываемая какой-либо точкой образующей (производящей) называется директрисой или направляющей винтовой поверхности. Осевой размер соответствующий подъему производящей точки за один полный оборот называется шагом винтовой линии. Винтовая линия называется правильной если образующая перемещалась вокруг и вдоль некоторой оси равномерно с постоянной скоростью. Если развернуть правильную винтовую линию соответствующую наружному цилиндру диамером D шнека на длине одного шага Н на плоскость то получим прямоугольный треугольник ABC с основанием равным длине развернутой окружности цилиндра pD и высотой равной шагу винтовой линии. Этот треугольник называется шаговым. Угол l составленный развернутыми винтовой линией и основанием цилиндра называется углом подъема винтовой линии.
Рис. 8. Схемы шнеков с винтовой поверхностью: а - прямой; б -
косой; в г - кривой; д - с переменным шагом; е - с переменным диаметром.
Из опыта работы многих шнековых устройств известно что в результате движения винтовой поверхности шнека транспортируемый материал движется не параллельно его оси а винтообразно с переменной скоростью в осевом и радиальном направлениях в зависимости от расстояния частиц материала до оси шнека от коэффициента трения и величины противодавления.
Движение материала по винтовой поверхности шнека можно условно
представить как движение ряда не связанных между собой отдельных частиц.
При принятом допущении каждая частица материала движется по своей
винтовой линии поверхности шнека развертка которой есть гипотенуза шагового треугольника
При отсутствии трения между развернутой винтовой линией АВ
(поверхностью шнека) и частицей М транспортируемого материала последняя движется перпендикулярно этой поверхности все время с ней соприкасаясь под действием силы трения Гц между частицей и основной плоскостью (развертка цилиндра-корпуса). При одном обороте шнека частица материала в осевом направлении проходит путь hl = H cos2 l и оказывается в точке M1.
При наличии трения между частицей и поверхностью шнека (сила трения Fш) частица М будет перемещаться под углом трения j к нормали С1М1 винтовой линии и за один оборот шнека окажется в точке М2 пройдя в
осевом направлении путь:
где f=tgj - коэффициент трения частицы материала о винтовую поверхность шнека.
Рис. 9. К определению параметров шнека
При вращении шнека частицы материала движутся не прямолинейно
а по винтовым линиям - вдоль и вокруг оси шнека в результате чего и
происходит уменьшение их перемещения в осевом направлении (hH). Это
уменьшение можно учесть с помощью коэффициента k0 отставания или
коэффициента kB вращения частиц материала аналитические зависимости для
которых вытекают из ранее рассмотренной схемы:
- без учёта сил трения
-с учётом сил трения
Если формуемый или прессуемый материал является пластично-вязким и обладает адгезией то в качестве коэффициента трения берётся коэффициент внутреннего трения определяемым из условия связи частиц между собой при сдвиге слоев материал.
Таким образом движение частиц продукта в шнековом устройстве
можно учитывать коэффициентом перемещения:
Рис.10. К выбору диаметра вала
Так как углы наклона винтовых линий правильной прямой винтовой
поверхности шнека изменяются от D на периферии до 90° в центре шнека то
осевое перемещение частиц материала расположенных в радиальном
направлении будет неодинаковым - от h на периферии до 0 в месте где угол подъема винтовой линии равен l0=(90°-j)
Для практических расчётов достаточно принимать среднее арифметическое значение углов подъёма винтовых линий на периферии ао и у вала ld шнека т. е.:
Углы подъёма винтовых линий равны:
Диаметр d вала шнека должен быть больше предельно допускаемого
диаметра dпр определяемого из условия:
С учётом изложенного производительность шнекового устройства
будет определяться произведением полезно заполненного одношагового
межвиткового объёма в пределах плоского угла в один радиан на угловую
скорость вращения шнека т.е.
где d - толщина витка шнека в осевом направлении по наружному диаметру; р -плотность материала; j - коэффициент заполнения межвиткового пространства; w - угловая скорость вращения шнека.
При заданной производительности по уравнению можно определить
Шаг винтовой линии выбирается равным (07 - 08)D. При меньших
значениях шага винтовой линии возможен отрыв материала от внутренней
поверхности корпуса устройства из-за преобладания над ней винтовых
поверхностей шнека в результате которого материал будет только вращаться
(проворачиваться) вместе со шнеком.
Для предотвращения проворачивания материала на внутренней
поверхности корпуса устройства устанавливают ребра или выполняют
углубления располагая их в продольном или винтовом направлении. Площади
внутренней цилиндрической поверхности корпуса шнекового устройства и
одной стороны поверхности шнекового витка на длине одного шага шнека
можно определить по выражениям:
где L и 1 — развёртки винтовых линий соответствующие диаметрам шнека и
должно лежать в пределах 0kfl.
Крутящий момент шнека может быть определен по выражению:
где p - осевое давление шнека действующее на единицу поверхности; k1 -
коэффициент учитывающий проскальзывание материала относительно
поверхности шнека; k2 - коэффициент перекрытия учитывающий активную
часть последнего витка создающую давление непосредственно на материал в
где k3 - коэффициент бокового давления формуемого материала который
ориентировочно может быть принят равным:
где К4 - коэффициент учитывающий изменение осевого давления по зонам
Удерживающий момент массы материала увлекаемого во вращение
данным витком шнека равен сумме моментов срезаемых усилий: в плоскостях
среза его цилиндрической поверхности вдоль корпуса шнека в пределах одного
витка и в перпендикулярной к оси шнека плоскости сечения за последним
витком (на выходе около мундштука) т. е.
где t1 - предельное напряжение сдвига пластичного материала при данном
противодавлении в плоскости цилиндрической поверхности среза; t2 - предельное напряжение сдвига пластичного материала при данном
противодавлении в плоскости перпендикулярного сечения около мундштука.
Приравнивая удерживающий момент крутящему моменту шнека находят
максимальное давление pmax развиваемое шнеком.
При отсутствии исчерпывающих данных о продукте крутящий момент
на валу шнека и осевое усилие можно определить по выражениям:
где n - число рабочих шагов шнека.
Зная крутящий момент на валу шнека и осевое усилие находят
соответствующие им нормальное (на сжатие) и касательное напряжения:
где F - площадь поперечного сечения вала шнека м2; Wp - полярный
момент сопротивления поперечного сечения вала шнека м3.
Эквивалентное напряжение по теории наибольших касательных
напряжений определяют по формуле:
Последний виток шнека выходящий в прессовую камеру находится
под действием максимального давления. Этот виток следует рассчитывать на прочность.
С небольшим допущением один виток можно уподобить кольцевой
пластинке защемленной по внутреннему контуру в теле вала шнека. В
этом случае наибольший изгибающий момент в витке стального шнека
будет на внутреннем контуре такой пластинки
где а = Dd - отношение диаметров которое практически лежит в пределах
Наибольшее напряжение (оно же эквивалентное):
Шнеки могут выполняться литыми точеными сварными и паяными.
В индивидуальном производстве чаще всею шнеки изготовляются
сварными причем винтовая поверхности (перо) шнека составляется из
отдельных элементов - вырезанных и выгнутых разомкнутых колец.
Для изготовления шнека диаметром D с заданным диаметром вала
d и шагом Н необходимо изготовить кольца с наружным диаметром D0
внутренним диаметром d0 и разомкнуть на угол выреза l0 (рис.10).
Длины дуг кольца можно выразить соответственно так:
После того как кольцо выгнуто и установлено на вал эти дуги
образуют винтовые линии: дуга 1 - по валу диаметром d а дуга L - по
цилиндру диаметром D. Развертки винтовых линий (гипотенузы шаговых
треугольников) можно определить по выражениям:
Поскольку ширина винтовой поверхности шнека и ширина кольца
должны быть одинаковыми и равными D - d = D0 - d0= 26 то подставляя в это
равенство значения d0 и D0 из предыдущих выражении получим:
По углу l0 и известным I и L определяются диаметры кольца-
Длина шнека на которой разрезанное но без выреза кольцо
образует винтовую поверхность может быть определена по формуле:
Расчет и конструирование шнекового нагнетателя для тестоделительной
машины производим со следующими исходными данными:
-производительность шнекового устройства П = 65 загмин
-максимальное давление рma
-коэффициент внутреннего трения продукта f = 03;
-средняя плотность продукта р = 900 кгм .
Наружный диаметр шнека D принимаем равным 015 м шаг Н=012.
При расчете следует учитывать ряд особенностей шнекового
нагнетателя который обычно работает непрерывно а отбор отмеренных
тестовых масс осуществляется периодически. Нагнетающий шнек имеет
плоскую винтовую поверхность со средним углом подъема винтовой линии lср.
Предельный диаметр вала шнека определяем по условию:
где tgj = f - коэффициент трения.
Примем диаметр вала шнека равным 005 м (а=3).
Угол подъема винтовых линий на внешней стороне шнека и у
вала по зависимостям (3.6;3.7)
Среднее значение угла подъема винтовых линий витка шнека по
Вспомогательные величины:
Коэффициент отставания частиц материала в осевом направлении
Изгибающий момент в витке шнека по внутреннему контуру т. е. у
вала по выражению (3.22)
Витки шнека будут изготовляться из стали 10 для которой
допустимое напряжение при изгибе можно принять равным допускаемому
напряжению при растяжении т.е. 1300×105 Нм2 [7. прил. 6].
Тогда толщина витка шнека из формулы (3.23):
Площадь внутренней цилиндрической поверхности корпуса
устройства на длине одного шага определяем по выражению (3.10):
Развертки винтовых линий по зависимостям (3.26):
Площадь поверхности витка шнека на длине одного шага по
что удовлетворяет условиям работы шнека.
Крутящий момент при трех рабочих витках шнека по выражению
Осевое усилие по выражению (3.18):
соответствующие им нормальное и касательное напряжения по формулам
Эквивалентное напряжение определяем по формуле (3.21):
и находим в пределах допускаемого напряжения для материала вала
Принимая коэффициент заполнения равным единице из
уравнения (9) получим:
Теперь определяем размеры заготовки витков и их число.
Пусть длина шнека равна 6×012 = 072м.
Ширина витков по зависимости (3.24);
Угол выреза в кольце-заготовке по выражению (3.27):
Диаметры кольца - заготовки определяем по формулам (3.28;3.29):
При изготовлении кольца-заготовки без углового выреза оно
расположится на длине шнека определяемой по условию (3.30):
Количество колец-заготовок без углового выреза:
Практически нужно шесть колец-заготовок.
2Кинематический и силовой расчёт привода тестоделительной машины
Определим мощность на приводном валу:
где Ft - окружное усилие (кН); Ft =31кH V- окружная скорость (мс);
Определим КПД двигателя:
где hnn - КПД пары подшипников; hnn = 0998 hзп - КПД зубчатой передачи; hзп = 098 hцп - КПД цепной передачи; hцп = 095 hм - КПД муфты; hм = 098.
Определим ориентировочное значение мощности двигателя:
Найдём частоту вращения приводного вала:
где Dб - диаметр приводного барабана; Dб = 400 мм.
Определим ориентировочное значение передаточного отношения
где иред - передаточное отношение редуктора; иред = 20 iцп - передаточное
число цепной передачи; iцп - 2.
Рассчитаем ориентировочное значение частоты вращения вала
Выбираем из ГОСТ 19523-81 двигатель трёхфазный асинхронный.
Условное обозначение: 4АМ100S4У3. Частота вращения: nдв =1435мин-1
Мощность: Pдв = 3 кВт.
Определяем передаточное число привода:
Передаточное число редуктора:
Выполним разбивку передаточного числа редуктора между его
где иб - передаточное отношение быстроходной (входнойкосозубой) ступени
редуктора. ит - передаточное отношение тихоходной (выходнойпрямозубой) ступени редуктора.
Следовательно иб = 47; ит = 4.
Условие иред =иб -ит = 47 4 = 188 выполняется.
Определяем частоты вращения валов привода.
Частота вращения входного вала: пвх = пдв = 1435 мин-1.
Частота вращения промежуточного вала:
Частота вращения выходного вала:
Частота вращения приводного вала:
Определим крутящий момент на валах привода.
Крутящий момент на валу двигателя:
Крутящий момент на входном валу редуктора:
Крутящий момент на промежуточном валу редуктора:
Крутящий момент на выходном валу редуктора:
Крутящий момент на приводном валу:
Исходные данные для расчёта передач.
Быстроходная ступень редуктора:
Крутящий момент: Т1 = Твх = 19527 Н × м;
Число оборотов: п1 = пвх = 1435мин-1;
Передаточное отношение: и1 = иб = 47.
Тихоходная ступень редуктора:
Крутящий момент: Т1 = Тпр = 89762 Н×м;
Число оборотов: п1 = ппр = 305319 мин-1;
Передаточное отношение: и1 = ит = 4.
Мощность: Р1 = Pдв × hм × hм × hзп = 3×09983 098 0982 = 2807кВт
Число оборотов: п1 = пвых = 7633мин~1;
Передаточное число: i1 =iцп -2.
3Расчёт цепной передачи тестоделительной машины
где Т1 - крутящий момент на выходном валу; Т1 =351163 Н×м u - число
рядов цепи; u = 1 Z1 - число зубьев ведущей звёздочки;
Z1 = 29 - 2 × 1цп = 29 - 4 = 25 [рц] - допускаемое давление в шарнирах роликовых цепей; [рц] = 34 Нмм [9 табл. 5.8];
кэ - коэффициент эксплуатации; кэ = кд × кc × к9 × кpгs × кp
где кд - коэффициент динамичности нагрузки; кд = 1 [9 табл. 5.7]
кc - коэффициент зависящий от способа смазывания; кc =15 [9 табл. 5.7]
к9 - коэффициент учитывающий наклон линии центров звёздочек к горизонту;
k9 = 1 [9 табл. 5.7] kpes - коэффициент учитывающий способ регулировки межосевого расстояния; kpez = 1 [9 табл. 5.7] kp - коэффициент режима работы; kp=125 [9 таблица 5.7].
Значитkэ = 1×15×1×1×125 = 1875.
По каталогу примем р = 254мм.
Определим число зубьев ведомой звёздочки:
Z2 должно быть нечетное тогда Z2 = 51;
Условие Z2 120 выполняется.
Найдём фактическое передаточное число iф и проверим его отклонение Di от заданного i.
Отклонение не выходит за пределы нормы (4%).
Определим оптимальное межосевое расстояние:
Из условия долговечности цепи:
Тогда межосевое расстояние в шагах:
Вычислим число звеньев цепи:
Тогда округляя до целого чётного числа 1р - 136мм.
Уточним межосевое расстояние ар в шагах:
Определим фактическое межосевое расстояние:
Монтажное межосевое расстояние:
Определим длину цепи:
Определим диаметры звёздочек.
Диаметр делительной окружности:
Диаметры окружностей выступов:
где К - коэффициент высоты зуба; К=07; Kz - коэффициент числа зубьев;
геометрическая характеристика зацепления;
(здесь d - диаметр ролика шарнира цепи [9 табл. К32])
Диаметры окружностей впадин: (3.62) (3.63)
Проверим частоту вращения меньшей звёздочки:
где п1 - частота вращения тихоходного вала редуктора; п1 =7633 об мин; [п1] - допускаемая частота вращения;
Условие п1[ п1]; 7633 590551 выполнено.
Проверим число ударов цепи о зубья звёздочек.
- расчётное число ударов цепи;
- допускаемое число ударов.
Следовательно условие U [U]; 093520 выполняется.
Определим фактическую скорость цепи:
Найдём окружную силу передаваемую цепью:
где Р1 - мощность на ведущей звёздочке; Р1 = 2807 кВт.
Поверим давление в шарнирах цепи.
где А - площадь проекции опорной поверхности шарнира; А = d × Ь3 где Ь3 -
ширина внутреннего звена цепи; Ь3 = 1588 мм [9 табл. К32].
А = 792 -1588 = 12577 лш.
Значение [рц] уточняем в соответствии с фактической скоростью:
Условие рц [рц]; 51791 275 не выполняется.
Следует изменить шаг цепи и повторить расчёт.
Примем шаг цепи по каталогу р = 381 мм.
Тогда оптимальное межосевое расстояние:
Фактическое межосевое расстояние:
Условие выполняется.
Проверим прочность цепи.
Расчётный коэффициент запаса прочности:
где Fp - разрушающая нагрузка цепи [9 табл. К32]; Fp=127000H. F0 -
предварительное натяжение цепи от провисания ведомой ветви;
где Kf - коэффициент провисания; Kf = 6 q - масса 1 м цепи [9 табл. КЗ2]; q = 55кг g - ускорение свободного падения; g = 981мс2 . Значит
Fv - натяжение цепи от центробежных сил;
Проверим выполнение условия:
где [S] - допускаемый коэффициент запаса прочности для роликовых цепей;
[S] = 775 [9 табл. 5.9].
Условие 43401 775- выполнено.
Определим силу давления цепи на вал:
где kв - коэффициент нагрузки вала; kв = 115 [9 табл. 5.7].
Расчёт подтверждает работоспособность данной цепи.
В работе рассмотрена общая технология производства хлебобулочных изделий. Указана важность процесса тестоделения.
Предложенный делитель-укладчик со шнековым нагнетателем отличается простотой конструкции. Данный вид тестоделителя является наиболее приемлемым при изготовлении хлебобулочных изделий т. к. может производить деление относительно жидкого теста. После проведенных расчетов сделан вывод о том что необходимое усилие на шнек тестоделителя обеспечивается и это положительно влияет на стабильность работы оборудования. Произведены необходимые расчёты подтверждающие работоспособность данной конструкции.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Ауэрман Л.Я. Технология хлебопекарного производства: Учебник для вузовЛ.Я. Ауэрман.-9-е изд. перераб. и доп. - СПб.: Профессия 2002.-416 с.
Кострова А.И. Малое хлебопекарное производство: Основные особенностиИЕ. Кострова.-СПб.:ГИОРД 2001.-120 с.
Лисовенко А.Т. Технологическое оборудование хлебозаводов и пути его совершенствования.- М.: Легкая и пищ. пром-сть 1982.- 208 с.
Михелев А.А. Справочник по хлебопекарному производству.- 2-е изд. перераб.-М: Пищевая пром-сть.-T.l: Оборудование и тепловое хозяйство-1997.- 365с.
Хромеенков В.М. Технологическое оборудование хлебозаводов и макаронных фабрик: Учебник для вузовВ.М. Хромеенков.- СПб.:ГИОРД 2002.- 496с.
Хромеенков В.М. Оборудование хлебопекарного производства: Учебник для нач. проф. образованияВ .М. Хромеенков; Ин-т развития проф. образ.-М.: Академия: ИРПО 2000.- 319с.
Цыганова Т.Б. Технология хлебопекарного производства: Учебник для нач. проф. образованияТ.Б. Цыганова.-М.: ПрофОбрИздат 2001.-432с.
Чебатуркина Н.М. Оборудование для производства мучных кондитерских изделий: Справочник.-М.: Хлебпродинформ 1998.-132с.
Шейнблит А. Е. курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие для техникумов. - М.: Высш. шк. 1991. - 432 с.

Федеральное агентство по образованию.doc

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тульский государственный университет»
Кафедра «Технологические системы пищевых
и перерабатывающих производств»
«Расчёт и конструирование машин и аппаратов пищевых производств»
«Расчёт тестоделительной машины»
ТЕСТОДЕЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ ..7
1.Нагнетатель теста 8
2.Укладчик – делитель .10
3.Стабилизатор для выравнивания давления в делительной голов-
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ТЕСТОДЕЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН 14
РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЯ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ ТЕСТОДЕЛИТЕЛЯ .20
1.Расчёт шнека тестоделительной машины 20
2.Кинематический и силовой расчёт привода тестоделительной машины .. 31
3.Расчёт цепной передачи тестоделительной машины 34
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ..44

Схема производства.cdw

Уходящие газы (t = 350
ДП.ТСПиПП.260601.0849
Машинно-аппаратурная схема
Машинно-аппаратурная схема производства ржаного хлеба

9.cdw

После окончания работы подлежит обязательной
Бункер условно не показан
Размер 2070 относится к печи ФТЛ - 2
Размер 1880 относитя к печи ХПА - 4
ДП. ТСПиПП. 260601. 0849
Производительность 65 загмин
Техническая характеристика
Технические требования