1.3 Испытания овощерезательных машин для нарезки сырых овощей

Цель работы. Изучить конструкцию и принцип действия ма­шин для нарезки сырых овощей, ознакомиться с формами нарез­ки овощей на различных типах машин, определить способы реза­ния (рубящее, скользящее) овощей в зависимости от формы и рас­положения рабочих инструментов, освоить приемы удержания продукта при его нарезке, научиться составлять кинематические и принципиальные схемы, провести измерения отдельных конст­руктивных и кинематических параметров и экспериментально оп­ределить основные эксплуатационные показатели, а также пока­зателей качества овощерезательных машин.

Основные сведения. Основной показатель, пределяющий рабо­ту овощерезательных машин, — качество нарезанного продукта.

Качество нарезанного продукта (%) можно оценить по числу неполноценных частиц (крошек, деформированных ломтиков, брусочков):

(1.3.1)

где т — масса загружаемой порции продукта, кг; т₁ — масса неполноценных час­тиц при соответствующей форме нарезки, кг.

Неполноценными считают ломтики или брусочки, имеющие неправильную форму, причем предельные отклонения частиц продукта, нарезанного на дисковых и комбинированных овоще­резательных машинах, не должны превышать 0,3 соответствую­щего номинального размера, а доля суммарной массы крошки — 15 % при нарезке ломтиками, 30 % при нарезке брусочками раз­мерами 10x10 мм и 36% при нарезке кубиками размерами 10 х 10 х 10 мм. Глубина трещин не должна превышать 0,5 тол­щины (ГОСТ 8903-72).

Действительная производительность (кг/с) овощерезательных машин

1.3.2)

где т — масса загружаемой порции продукта, кг; Т— время нарезки порции про­дукта, с.

Теоретическая производительность (кг/с) дисковой овощерезательной машины

(1.3.3)

где р — насыпная масса продукта, кг/м³ (для картофеля 700 кг/м³, для свеклы 750 кг/м³, для моркови 780 кг/м³ ); — коэф­фициент использования рабочей площади опорного диска. Для овощерезатель­ных машин с заклинивающим устройством в виде винтовой лопасти при верти­кальном расположении опорного диска = 0,1...0,2, при горизонтальном рас­положении опорного диска = 0,2...0,3; для овощерезательных машин МРО50-200 = 0,3...0,4; v_on — средняя скорость продвижения обрабатываемого продукта через зазор между лезвиями ножей и опорным диском, м/с.

Рабочая площадь опорного диска в общем виде (м²)

, (1.3.4)

где r_max, r_min — максимальное и минимальное расстояния от центра диска до конца и начала лезвий ножей, м.

Для овощерезательных машин типа МРО50-200, МРО400-1000 (дисковое приспособление), МПР-350, «Гамма» и др. рабочая площадь опорного диска (м²)

(1.3.5)

где D₀ — диаметр загрузочного отверстия, м.

(1.3.6)

где h — толщина отрезаемых ломтиков, м; Z_p — число рабочих ножей, параллель­ных плоскости опорного диска, шт.; п — частота вращения ножей, мин^-1.

Угол заклинивания (рад)

(1.3.7)

где d — диаметр клубня картофеля, мм; h —толщина отрезанного ломтика, мм.

Полезную мощность (Вт) электродвигателя овощерезательных машин рассчитывают по формуле

(1.3.8)

где мощность электродвигателя при работе машины под нагрузкой, Вт; мощность при работе машины на холостом ходу, Вт.

Чтобы найти теоретическую мощность, необходимо рассчитать удельное сопротивление продукта резанию (Н/м)

(1.3.9)

где Q* — усилие перерезания продукта, Н; L — длина нарезаемого образца, м.

Усилие перерезания продукта (Н)

_(1.3.10)

где Р* — вес груза вместе с чашей, при котором нож врезается в образец, Н; l₁ — расстояние между осью поворота ножа и нитью, на которой подвешен груз, м; l₂ — расстояние между осью поворота ножа и серединой образца, м.

Теоретическую мощность (Вт) для дисковых овощерезательных машин, нарезающих продукт ломтиками, можно определить по формуле

(1.3.11)

где —угловая скорость вращения ножей, рад/с; Р_ин — проекция результирую­щего усилия на плоскость, параллельную опорной грани ножа режущего инстру­мента, Н; г_ср—средний радиус ножа, м;

(1.3.12)

где - соответственно максимальный и минимальный радиусы ножа, м.

Для овощерезательных машин с горизонтальным и вертикаль­ным расположением опорного диска

Р_ИН.Г= Р₁+Р₂sinα+ Р₂cosα+ Р_3Гf (1.3.13)

Р_ИН.В= Р₁+Р₂sinα+ Р₂cosα+ Р_3Вf (1.3.14)

где Р₁ — усилие перерезания волокон продукта, Н;

(1.3.15)

где — удельное сопротивление продукта резанию на единицу длины лезвия, Н/м; — коэффициент использования длины лезвия ( = 0,7...0,76); для овощереза­тельных машин типа МРО50-200 ( ) принимают равным D₀, Р₂ — усилие отгибания ломтика, Н;

(1.3.16)

где α - угол заточки ножа (а = 0,26...0,45рад); G - модуль упругости продукта при сдвиге (для картофеля G = (0,7...1) 10⁶ Па, для свеклы G = (1,5...1,65) 10⁶ Па, для моркови G = (1,8...2,1) 10⁶ Па );

f — коэффициент трения продукта о рабочую и опорную грани ножей (f = 0,25);

Р_3Гf, Р_3Вf — соответственно силы прижатия продукта к опорному диску и к опорной грани параллельного ему ножа, Н.

Для овощерезательных машин с горизонтальным расположени­ем опорного диска Р_3г можно определить из выражения

(1.3.17)

где

Для овощерезательных машин с вертикальным расположением опорного диска Рз_в можно определить из выражения

(1.3.18)

где G₁ — вес порции продукта, Н; G₁ = mg, для овощерезательных машин МС10-160 G₁ = 10...15 Н; для овощерезательных машин МР050-200:

(1.3.19)

где Р_ТЛ — сила, с которой толкатель действует на продукт, Н (Р_ТЛ = 50...100 Н).

Удельный расход электроэнергии Р передаточное i отношение и механический КПД η_м машины определяют по формулам соот­ветственно (1.2.17), (1.2.19), (1.2.20).

Описание стенда. Стенд для определения эксплуатационных показателей работы овощерезательной машины представляет со­бой серийно выпускаемую овощерезательную машину, подклю­ченную к источнику электроэнергии и оснащенную контрольно-измерительными приборами (рис. 1.16, а).

Рисунок 1.16. Схема экспериментальной установки для испытаний дисковой овощерезательной машины МПР-350:

а — для определения эксплуатационных показателей работы:

1— овощерезательная машина; 2— амперметр; 3 — вольтметр; 4 — ваттметр; 5—магнитный пускатель; 6 — электродвигатель; 7— клиноременная передача;

б — для определения удельного усилия резания: I

1 — стол; 2— винт; 3— ось; 4— риска; 5— нить; 6— чашка; 7— нож; 8— продукт; 9— подставка

Машина включается в электрическую сеть с помощью магнит­ного пускателя. Для определения расхода электроэнергии исполь­зуются амперметр и вольтметр или ваттметр, включенные в элект­рическую цепь овощерезательной машины. Для определения час­тоты вращения приводного вала (при снятом опорном диске с ножами) служит тахометр.

Удельное усилие резания определяют на специальном приспо­соблении (рис. 1.16, 6).

Нож, градуированный по длине, закреплен на оси и специаль­ной подставке, имеющей прорезь. Подставка жестко закреплена на столе винтами. На конце ножа имеется риска с прикрепленной к ней нитью, к которой подвешена чашка для установки грузов.

Чтобы найти производительность машины, необходимы: ци­ферблатные весы, которые используют для отвешивания необхо­димого количества продукта, и секундомер, предназначенный для определения времени нарезки порции продукта.

Для определения конструктивных параметров используют из­мерительную линейку и штангенциркуль.

Методика проведения эксперимента. Устройство овощерезатель­ных машин изучают путем знакомства с отдельными элементами и узлами (ножами, опорными дисками, заклинивающими устрой­ствами, механизмом регулирования толщины нарезки), которые есть в лаборатории. В дисковой овощерезательной машине осмат­ривают рабочую камеру, загрузочное и разгрузочное устройства, знакомятся с их расположением и способом передачи движения опорному диску с ножами. В роторной овощерезательной машине знакомятся с формой ножей и их установкой, формой рабочей ка­меры и ее расположением, ротором с заклинивающими лопастя­ми, способом передачи ему движения. В пуансонных овощереза­тельных машинах знакомятся с формой ножей и их установкой в корпусе машины, пуансоном, механизмом передачи движения пуансону, с формой и расположением рабочей камеры, загрузочного и разгрузочного устройств.

Основные конструктивные параметры, влияющие на эксплуа­тационные характеристики и показатели качества овощерезатель­ных машин, определяют путем их измерения. К конструктивным параметрам относятся: в дисковых овощерезательных машинах — зазор между ножами и опорным диском, максимальное и мини­мальное расстояния от оси вращения опорного диска до конца и начала лезвия, расстояние между ножами гребенки, угол заклини­вания, в роторных овощерезательных машинах — высота гребен­ки, расстояние между ножами гребенки, диаметр рабочей камеры, угол наклона лопастей на роторе; в пуансонных овощерезатель­ных машинах — диаметр ножевой решетки, длина и ширина од­ной ячейки, число ячеек, длина хода пуансона.

Разобравшись в конструкции и принципе работы различных овощерезательных машин, чертят необходимые схемы. Затем при­ступают к экспериментальному определению эксплуатационных характеристик и качества нарезки продукта. Для этого подробно знакомятся со схемой установки, назначением контрольно-изме­рительных приборов и вычерчивают в тетради схему эксперимен­тального стенда. К работе приступают после разрешения препода­вателя.

Машину включают, предварительно сняв опорный диск с но­жами и загрузочное устройство. Этой операцией обеспечивается свободный доступ к приводному валу. Частоту вращения привод­ного вала измеряют тахометром. На тахометре устанавливают предполагаемый интервал частоты вращения приводного вала и присоединяют резиновый наконечник тахометра к вращающемуся приводному валу.

Рисунок 1.17. Кинематические и принципиальные схемы овощерезательных машин:

I - МОШ1-1 и МО; II - УММ-10; III -«Гамма»; IV - МС28-100 (пуансонный механизм); V — МРО400 - 1000 (роторная машина); VI— МРОВ-160;

VII-МОПН-1иМО (комбинированные машины):

1— конический мультипликатор; 2 — разгрузочное уст­ройство; 3 — рабочая камера; 4 — загрузочное отвер­стие; 5—толкатель; 6—ножи; 7—опорный диск; 8— сбрасыватель; 9—вал привода; 10— регулировочная гайка; 11— хвостовик с резьбой; 12— неподвижная но­жевая решетка; 13— пуансон; 14— шток; 15 — червяч­ная передача; 16— кривошип; 17— рамка; 18— роли­ки; 19— диск; 20— лопасти; 21 — неподвижный ноже­вой блок; 22 — электродвигатель; 23 — клиноременная передача; 24— отверстие для отходов

После этого машину останавливают. На привод­ном валу закрепляют опорный диск с ножами для нарезки продук­та ломтиками и определяют пределы регулирования толщины на­резки. Затем устанавливают заданный зазор, рабочую камеру с загрузочным устройством, включают машину на холостом ходу и измеряют с помощью контрольно-измерительных приборов мощ­ность электродвигателя. После этого машину останавливают, от­вешивают очищенную порцию продукта на циферблатных весах и делят ее на две равные части.

Для приема нарезанного продукта под разгрузочное устройство устанавливают тару. Затем включают машину и равномерно загру­жают половину отмеренной порции продукта, определяя по се­кундомеру время нарезки и мощность электродвигателя.

По окончании процесса машину останавливают, заменяют ножи и изменяют форму нарезки продукта (брусочками или со­ломкой). Затем включают машину и определяют время нарезки продукта и мощность электродвигателя под нагрузкой. После это­го оценивают качество нарезки продукта. Для этого из порции на­резанных овощей (для каждой формы нарезки) отбирают крошку, а также кусочки неправильной формы, имеющие трещины, и взвешивают их.

Для определения удельного усилия резания продукт кладут на расположенную под ножом подставку и опускают на него нож, после чего постепенно увеличивают усилие резания добавлением грузов в чашку. Как только лезвие ножа надрежет продукт, нагруз­ку снимают. Зная вес груза вместе с чашей, расстояние между осью поворота ножа и нитью и серединой образца, а также длину нарезаемого образца, определяют усилие перерезания продукта, а затем удельное сопротивление продукта резанию.

Обработка экспериментальных данных и составление отчета. Для составления отчета вычерчивают кинематические и принципиаль­ные схемы овощерезательных машин, делают расчеты по приве­денным в работе формулам и заносят результаты опытов и расче­тов в журнал наблюдений

Таблица 1.8