CC BY
19
УДК 621.979; 621.9
ОПТИМИЗАЦИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РОТОРНЫХ КОТЛЕТОФОРМОВОЧНЫХ МАШИН
К.С. Осипова, Е.В. Пантюхина
Рассматриваются вопросы расчета и оптимизации основных параметров роторных котлетоформовочных машин, обеспечивающие повышение производительности при формовке котлет круглой формы.
Ключевые слова: котлетоформовочная машина, формование, производительность.
Одна из самых больших частей пищевой промышленности приходится на мясную отрасль, включающая в себя производство колбасных изделий, мясных консервов и полуфабрикатов. Одним из важных сегментов рынка мясной промышленности считаются котлеты [1-4].
Особое место в производстве котлет занимает операция формование. Формование - это процесс придания определенной формы и размера определенному количеству продукта, которая должна остаться неизменной при дальнейших технических операциях. Наиболее современными и удобными в эксплуатации машинами, которые используются для формования в настоящее время, являются роторные машины.
На рис. 1, а представлена роторная котлетоформовочная машина и схема роторного способа формования котлет (рис. 1, б).
а б
Рис. 1. Роторная котлетоформовочная машина: а - общий вид; б - схема процесса формования: 1 - бункер для загрузки фарша; 2 - вращающийся ротор;
3 - формовочный стол; 4 - сбрасыватель; 5 - копир; 6 - поршень для выталкивания котлет; 7 - лопасть для нагнетания фарша
В формовочном столе 3 имеются отверстия, в них вставлены поршни 6, совершающие возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости посредством копира 5. При нижнем положении поршня в образовавшемся над ним пространство из бункера 1 лопастью 7 нагнетается
508
фарш. При дальнейшем движении поршень поднимается в верхнее положение, сформованная котлета срезается съемным столом и сбрасывается с него сбрасывателем 4 [5].
На рис. 2 изображена расчетная схема роторной котлетоформовоч-ной машины.
Рис. 2. Расчетная схема роторной котлетоформовочной машины:
1 - зубчатые передачи; 2 - копир; 3 - сбрасыватель;
4 - формовочный стол; 5 - бункер; 6 - лопасть; 7 - поршни
Основным параметром котлетоформовочных машин является производительность, которая определяется частотой п вращения формовочного стола, количеством 2 ячеек в формовочном столе и массой изделия т [6]. Выразив массу изделия через плотность р и объем, определяемый для цилиндрической котлеты по известной формуле, получим
П = 60р- п ■ г р- И ■ гк , (1)
где И - толщина котлеты; гк - радиус котлеты.
В известных конструкциях роторных котлетоформовочных машин наблюдается нерациональное размещение ячеек в формовочном столе. С целью определения оптимального количества ячеек проведем анализ взаимосвязанного влияния основных параметров формовочного стола и размеров котлет цилиндрической формы. На рис. 3 представлена расчетная схема формовочного стола.
Рис. 3. Расчетная схема формовочного стола
Определим максимально допустимое количество ячеек в формовочном столе. При этом необходимо учитывать то, что для полной загрузки фарша в ячейки следует выбрать оптимальную частоту вращения формовочного стола, при которой будет обеспечиваться требуемая производительность котлетоформовочной машины.
Максимально допустимое количество ячеек в формовочном столе может быть определено по формуле
1ср
г = ■
г
(2)
где /ср - длина окружности по расположению ячеек, г - шаг ячеек.
Длина окружности, на которой располагаются ячейки, и шаг ячеек соответственно определяются по выражениям
1ср = 2рЯср = 2р(Яфс - Д1 - гкК (3)
г = 2гк + Д 2, (4)
в которых Яср - средний радиус формовочного стола; Яфс - радиус формовочного стола; Д1 - зазор между ячейкой и формовочным столом, Д 2 -зазор между ячейками.
Подставив выражения (3), (4) в формулу (2), получим
г
= 2р(Яфс -Д1 - Гк) 2гк +Д
(5)
Выражение (1), определяющее производительность котлетоформо-вочной машины, с учетом (5) запишется в виде
П = 60р ■ п ■ р ■ И ■ г
2 2р(Яфс -Д1 - Гк )
2гк +Д
(6)
В среде ЫагИеас1 15 были построены пространственные графики зависимости производительности роторной котлетоформовочной машины от радиуса котлет из различных видов мясного сырья и частоты вращения формовочного стола в диапазоне от 6 до 13 об./мин.
На рис. 4 представлены полученные графики для куриного (рис. 4, а) и говяжьего (рис. 4, б) фарша.
а б
Рис. 4. Графики зависимости производительности роторной котлетоформовочной машины от радиуса котлет из различных видов
мясного сырья и частоты вращения формовочного стола: а - куриный фарш; б - говящий фарш
При производстве котлет из куриного фарша и радиусе котлеты от гк = 0,03 м до гк = 0,06 м производительность котлетоформовочной машины роторного типа с оптимально подобранным количеством ячеек составляет от 520 до 1100 шт./мин при частоте вращения формовочного стола п = 6 об./мин и от 1050 шт./мин до 2150 шт./мин при п = 12 об./мин (см. рис. 4, а), что значительно превышает производительность известной конструкции роторной котлетоформовочной машины в 1,5-3 раза.
При производстве котлет из говяжьего фарша и радиусе котлеты от гк = 0,03 м до гк = 0,06 м производительность котлетоформовочной машины роторного типа с оптимально подобранным количеством ячеек составляет от 450 до 860 шт./мин при частоте вращения формовочного стола п = 6 об./мин и от 950 шт./мин до 1900 шт./мин при п = 12 об./мин (см. рис. 4, б), что также значительно превышает производительность известной конструкции роторной котлетоформовочной машины со стандартным количеством ячеек в 1,5-2,5 раза.
Таким образом, оптимизация конструктивных параметров роторных котлетоформовочных машин позволяет без увеличения энергетических затрат значительно повысить производительность котлетоформовочной машины в среднем в 1,5-3 раза.
Список литературы
1. Осипова К.С., Давыдов И.Б., Пантюхина Е.В. Особенности и основные виды упаковки различных видов замороженных полуфабрикатов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 11. С. 617-623.
2. Артёмова Е.И, Осипова К.С., Пантюхина Е.В. Вопросы повышения производительности волчков для среднего измельчения мясного сырья // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 11. С. 612-617.
3. Артёмова Е.И., Пантюхина Е.В., Осипова К.С. Вопросы повышения мощности привода волчков для среднего измельчения мясного сырья // Известия Тульского государственного университета. Технические науки.
2018. Вып. 12. С. 465-468.
4. Артёмова Е.И., Осипова К.С., Пантюхина Е.В. Анализ производительности и мощности куттера для тонкого измельчения мясного сырья // Известия Тульского государственного университета. Технические науки.
2019. Вып. 3. С. 472-475.
5. Осипова К.С. Анализ способов формования котлет // В сборнике: Развитие науки в современном мире (ТОМ 1). Материалы Международной (заочной) научно-практической конференции (г. Душанбе, Таджикистан, 11 июня 2019 г.); под. общ. ред. А.И. Вострецова. Душанбе: Ns§riyyat «Vusst», Нефтекамск: РИО НИЦ «Мир науки», 2019. С. 56-60.
6. Осипова К.С. Результаты аналитического исследования основных параметров оборудования для формования котлет // Молодёжный вестник Политехнического института: сб. статей. Тула: Изд-во ТулГУ, 2019. С. 351-354.
Осипова Ксения Сергеевна, магистрант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Пантюхина Елена Викторовна, канд. техн. наук, доцент, elen-davidova@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
OPTIMIZA TION OF BASIC PARAMETERS ROTARY CUTLET FORMING MACHINES
K.S. Osipova, E.V. Pantyukhina
The issues of calculation and optimization of the main parameters of rotary cutlet-forming machines, which provide an increase in productivity when forming round cutlets, are considered.
Key words: cutlet forming machine, forming, productivity.
Osipova Ksenia Sergeevna, masters, ksjunja-pershina@,rambler.ru, Russia, Tula, Tula state university,
Pantyukhina Elena Viktorovnа, candidate of technical science, docent, elen-davidovaamail.ru, Russia, Tula, Tula state university
