Механизмы и машины для резки сырья

Продукты можно измельчать раздавливанием, разрыванием, растяжением и резкой. Сельскохозяйственное сырье, содержащее 80...90% влаги, измельчают путем резки и дробления. Нарезанные куски имеют правильную определенную форму с ровными краями, в дальнейшем их обычно подвергают только тепловой обработке. После дробления частицы продукта имеют неправильную форму, и в большинстве случаев их затем тонко измельчают путем протирания, варки, перемешивания и пр.

Механизмы и машины для резки сырья

Измельчение резкой осуществляют ножами разной формы, изготовляемыми из инструментальной стали. Нож должен совершать одновременно два силовых движения — перпендикулярно к лезвию и параллельно ему. При этом микроскопические зубцы перерезают волокна и клетки измельчаемого продукта. Таким образом разрезают продукты с низкой механической прочностью (растительное сырье). Если приходится разрезать труднодеформируемые продукты с высокой механической прочностью, то лезвие режущего инструмента должно иметь зубцы с углом заточки а<0, т. е. в этом случае процесс резки превращается в распиливание. При этом измельчаемый материал не соприкасается со стенками пилы, вследствие чего уменьшаются трение и расход энергии. На консервных предприятиях распиливанию подвергают кости и другие твердые продукты.

Схема резки продукта ножами разной формы показана на рис. 1. Поступательное движение продукта 4 к режущим ножам осуществляется транспортером 6 со скребками 5. Скорость движения транспортера, а следовательно, и продукта обозначим v_np (перпендикулярно к лезвиям). Движущийся продукт встречает дисковый нож 3, вращающийся с определенной угловой скоростью. Скорости движения продукта вдоль лезвия v_т и перпендикулярно к лезвию v_npгеометрически складываются, и воздействие на продукт возрастает.

Ленточный нож 2 обеспечивает непрерывное движение лезвия перпендикулярно к движению продукта со скоростью v_т; при этом продукт разрезается.

Другой способ резки обеспечивается возвратно-поступательным движением ножа 1 со средней скоростью v_т. Режущие инструменты 1 и 3, действующие раздельно или совместно, получили широкое распространение в тех случаях, когда необходимо нарезать кусочки в виде лапши (столбиков) или кубиков.

Рис. 1. Обобщенная схема резки продукта ножами

В некоторых резательных машинах нож не совершает возвратно-поступательного движения, т. е. v_т=0, поэтому продукт измельчается не резкой, а рубкой, что нежелательно, но оправдано благодаря конструктивному упрощению режущих устройств. Применительно к обобщенной схеме достаточно отключить нож 1 от механизма, приводящего его в возвратно-поступательное движение, и вместо резки будет происходить рубка при v_т=0.

Механизмы для резки плодов и овощей — основные элементы резательных машин, они включают в себя рабочие органы и систему для подачи и отведения продукта. Подача и отведение продукта осуществляются гравитационно, принудительно или самопроизвольно от действия силы трения, возникающей между продуктом и поверхностью ножа (дискового). Резка может производиться в одной или нескольких плоскостях, прямо или криволинейно.

Рис. 2. Схемы механизмов с дисковыми ножами

Схемы механизмов с дисковыми ножами, смонтированными на общем валу, показаны на рис. 2. Продукт лежит свободно на ленточном транспортере или на подставке с опорами.

На рис. 2, а, б приведен комбинированный режущий инструмент, состоящий из горизонтального лезвия и гребенки с вертикально установленными тонкими лезвиями. Этим инструментом продукт разрезают сразу в двух плоскостях — горизонтальной и вертикальной. Нарезанный продукт имеет форму параллелепипедов (столбиков), размеры которых зависят от высоты установки лезвия горизонтального ножа над диском и расстояния между вертикальными лезвиями.

При условии, когда v_т ?v_пр, резка сопровождается значительной деформацией продукта (см. рис. 2, а). Если продукт закреплен (фиксируется) неподвижно (v_т >>v_пр; v_т =v_пр (20...30), резка получается намного качественнее (см. рис. 2, б). Замена дискового ножа ленточным предпочтительна при резке твердых материалов на крупные куски. В консервной промышленности такой способ широко применяют.

Режущий механизм с неподвижным плоским ножом 2 и гребневидной опорой 1 показан на рис. 2, в. Резка происходит при наклонном расположении ножа к плоскости движения (v_пр ). Такое исполнение просто и целесообразно при резке крупных плодов.

Механизм с дисковыми ножами и ротационной подачей (рис. 2, г) состоит из вала 2 с дисковыми ножами 1, смонтированными на определенной высоте h (см. рис. 2, в), вала 3 (см. рис. 2, г) с барабаном 4, установленными в кожухе 5. На поверхности барабана нарезаны каналы, в которые заходят ножи, благодаря чему продукт полностью разрезается.

Схема резки двумя дисковыми ножами показана на рис.2, е.

Механизм резки (сечения) плоским ножом, совершающим возвратно-поступательное движение с помощью кривошипно-шатунного механизма, изображен на рис. 2, е.

В механизме, показанном на рис. 2, ж, плоды засыпают в бункер 4. Нижний край его находится на расстоянии h от неподвижной плоскости 3. Кожух бункера служит опорой, благодаря которой при движении ножа 1 отрезается выступающий из бункера слой продукта требуемой толщины. Затем нож выступом 2 выталкивает этот слой из-под бункера и возвращается в первоначальное положение, далее процесс повторяется.

В механизме с плоскими ножами (рис. 2, з) возвратно-поступательное движение ножа заменено вращательным. Нож 4 закреплен неподвижно на вращающемся диске 1 так, чтобы лезвие его было расположено выше диска на величину h, и при вращении вала 2 нож срезает слой продукта, поступающего из бункера 3, требуемой толщины.

На диске можно закрепить несколько ножей (обычно 2...4). В зависимости от частоты вращения диска изменяется производительность режущего механизма.

Производительность режущего механизма (кг/с)

Механизм резки в трех взаимно перпендикулярных плоскостях (на кубики) показан на рис. 3. В горизонтальном барабане 1 на горизонтальном валу вращается вертикальная шайба 2 с радиальными лопатками 8. Часть 10 барабана 1 свободно закреплена за основание 9, а ее положение регулируется и фиксируется винтами 11. Продукт 6 поступает в барабан и прижимается шайбой 2 к его стенкам. Вращающиеся лопатки 8 захватывают продукт, подают его к неподвижным плоским ножам 7, которые разрезают его на пласты. Высота h пласта зависит от угла расположения части 10 к барабану 1. Дисковый нож 12 нарезает пласты на полоски, а плоские ножи 4, смонтированные на роторе 3, нарезают полоски на кубики шириной 6=8 мм.

Рис. 3. Механизм резки в трех взаимно перпендикулярных плоскостях

Благодаря каналам на поверхности опоры 5 и зубья в заданной части на отбивающем гребне 13 можно полностью разрезать продукт. Полученные кубики отводятся по желобу 14.

В резательном механизме машины «Ритм» продукт загружается в бункер и затем попадает в карманы питателя, вращающегося с частотой 500 мин-1. Электродвигатель приводит во вращение зубчатый редуктор, расположенный в корпусе. Продукт, поданный питателем в зону резки, разрезается в трех взаимно перпендикулярных плоскостях на кубики и по лотку выводится из машины. Детали и узлы смонтированы на сварной станине.

Используя комплект ножей, прилагаемых к машине, можно нарезать кубики с размером граней 5, 7 и 10 мм.

Производительность машины «Ритм» составляет 0,56 кг/с (2000 кг/ч), мощность электродвигателя 1,7 кВт, масса 280 кг.

Резательная машина А9-КИП предназначена для резки овощей и фруктов на кубики, лапшу, ломтики и брусочки. Она состоит из приводного и режущего блоков, станины, пластового ножа, подвижной деки и механизма регулирования ее панели, ферромагнитного уловителя.

На станине смонтирован электродвигатель, сообщающий при помощи клиноременной передачи вращение приводному блоку, на вал которого насажен барабан, представляющий собой два диска с приваренными к ним четырьмя лопастями. К неподвижной стойке крепится корпус барабана, на котором размещен неподвижный пластовый нож.

От шестерни приводного блока получают вращение шпиндели поперечной и продольной резки, образующие режущий блок, который расположен на оси и легко может быть откинут из рабочего положения на стержень для производства ремонтных и наладочных работ.

К центральному отверстию корпуса барабана примыкает бункер. За шпинделем продольной резки на станине жестко смонтирован лоток, через который выгружается продукт.

Сырье проходит через ферромагнитный уловитель и загрузочный бункер, поступает во вращающийся барабан, увлекается лопастями и под действием центробежной силы прижимается к верхней поверхности неподвижного корпуса. При прохождении сырья между декой и пластовым ножом происходит отрезание пласта. Толщина его регулируется изменением расстояния между подвижной декой и ножом. При дальнейшем перемещении пласт попадает под ножи шпинделя поперечной резки, которые разрезают его на лапшу размером, определяемым конструкцией и частотой вращения шпинделя. Лапша, перемещаясь по поверхности держателя пластового ножа, попадает под дисковые ножи, в результате чего нарезается на кубики или брусочки.

Техническая характеристика машины А9-КИП: производительность при резке на кубики размером 9,5x9,5x9,5 мм составляет 5000 кг/ч; допустимое количество мелочи 5%; установленная мощность электродвигателя 2,2 кВт; габаритные размеры 1300x950x1200 мм; масса 355 кг.

Резательная машина РЗ-КРА предназначена для механической ориентации, удаления сердцевины и резки яблок на дольки (рис. 4).

На каркасе 13 закреплены валы: ведущий 3 со звездочкой 15 и ведомый 14 наклонного цепного конвейера 2, рабочий орган которого образован из блоков роликов и бункера 1 для приема плодов. На каркасе 12 закреплены валы: ведущий 7, ведомый 4 со звездочкой 16, а также привод 9, электрооборудование 5 и опоры 10.

Рис. 4. Машина РЗ-КРА

Валы 4 и 7 приводят в движение горизонтальный цепной конвейер, рабочий орган которого состоит из плит 17 С толкателями 18.

Плоды диаметром 55...75 мм с коэффициентом формы 0,7...1,1 засыпают в загрузочный бункер наклонного конвейера. При движении его цепей ролики приводят во вращение плоды. При этом они падают в пространство между соседними роликами и укладываются в ячейки плит горизонтального конвейера, где происходит их ориентация. Далее плоды проходят через подпружиненные двустворчатые ворота отсекателя. При этом ориентированный плод надежно удерживается держателем и фиксатором 19 и, преодолевая сопротивление подпружиненных ворот, проходит через них, а неориентированный плод не удерживается и, провалившись через зазор между плитами, скатывается по лотку 11. Далее плоды поступают в зону резки. При движении вниз ножи 20 входят в плоды не на полную их высоту, при обратном ходе ножей плоды извлекаются из ячеек; при следующем рабочем ходе ножей сидящие на них плоды встречаются с плодами, уложенными в ячейках, и разрезаются. Дольки разрезанных плодов выносятся плитами конвейера и лотком 8, и сердцевина удаляется по лотку 6.

Техническая характеристика машины РЗ-КРА: производительность 2000 кг/ч; установленная мощность 2,2 кВт; габаритные размеры 6050x1480x1800 мм; масса 2085 кг.

Технологический расчет резательных машин проводят следующим образом.

Производительность резательных машин (кг/с) можно определить, исходя из двух основных положений:

1) равенство производительности машины и массы продукта, подаваемого питающим устройством к режущему инструменту:

При значительной степени измельчения величинами z₀и f₀ можно пренебречь.

Для определения режущей способности машины в каждом отдельном случае нужно проанализировать кинематическую схему привода ножей, форму лезвия и другие параметры. Если продукт разрезается дисковыми ножами, режущий механизм состоит из z групп ножей и в каждой группе находится x_i одинаковых ножей; каждый из ножей перерезает за один оборот площадь f_i. (м²); в этом случае режущая способность машины (м²/с)