Лекции Борисенко А. А.

[Кулясов Сергей]

Это черновой вариант лекций по процессам и аппаратам мясной отрасли, поэтому не судите строго.
Ниже прикреплен архив DOC-овского файла. В нем, помимо собственно текста, Вы найдете оставшиеся рисунки, формулы и таблицы.

№ 1 Введение в дисциплину.
Принципы классификации, структурные формы и виды рабочих органов технологического оборудования. требования и методологический подход к анализу преимуществ и недостатков оборудования.

Основные требования, предъявляемые к технологическому оборудованию
1. Оборудование при обработке продукта не должно ухудшать его качество.
2. Удельные показатели (удельная производительность, удельная мощность) должны быть высокими.
3. Быстрая сборка-разборка рабочих органов и легкая санитарная обработка.
4. Применение материалов допущенных Минздравом при контакте с пищевыми продуктами.
5. Исключение попадания смазки в продукт и продукта в смазку.
6. Электродвигатели во влагозащитном исполнении.
7. Пусковые приборы и места их установки должны отвечать требованиям эргономики.
8. Оборудование должно быть малогабаритным, простым по конструкции и изготовлению, монтажу, обслуживанию и ремонту.
9. Эстетический вид.
10. Оборудование должно быть агрегатированным.
11. Модульный принцип конструкции оборудования (для переналадки оборудования необходимо предусматривать различные насадки).
12. Роботизирование оборудования и линии в местах тяжелого ручного труда.
13. Оборудование для тепловой обработки должно быть покрыто теплоизоляцией, температура которой не выше 40?.
14. Предусматривать защитные кожухи для обеспечения безопасности работы.
15. Исключение или уменьшение фактора загрязнения окружающей среды.
16. Унификация и универсализация узлов оборудования и самого оборудования.

Основные параметры, характеризующие работу технологического оборудования

1. Производительность (для машин непрерывного действия), емкость или масса загружаемой продукции (для периодически действующего оборудования).
2. Мощность привода.
3. Скорость движения обрабатываемой продукции.
4. Длина пути прохождения продукта в машине.
Ритм производства:


где М – производительность поточной линии.
Характеризуется временем, необходимым для выпуска единицы продукции.

Основные элементы теории производительности
1. Зная длительность рабочего цикла машины можно определить частоту его повторения – цикловая производительность, количество циклов выполняемых в единицу времени.
;

а. Теоретическая производительность


б. Коэффициент производительности характеризует степень непрерывности процесса и степень совершенства оборудования


Для того чтобы Кпр?1 предусматривают:
1. Применение непрерывных процессов.
2. Автоматизация вспомогательных переходов (холостой ход).
3. Усовершенствование (упрощение) конструкции исполнительных механизмов.
4. Рациональная компоновка циклограммы.
5. Уменьшать как продолжительность работы, так и продолжительность холостого хода за счет:
а) увеличения производительности режимов обработки.
б) применение прогрессивных методов обработки.
в) уменьшение трудоемкости в обработке продукта.
а. Фактическая производительность
; ,

где ?во – время на внецикловые затраты характеризуется простоем оборудования в период загрузки, выгрузки.
б. Коэффициент технического использования машины – показывает в какой степени в машине используется запроектированная производительность
.

а. Производительность с учетом выпускаемого брака

;

Кэ?0
где Кэ – коэффициент качества выпускаемой продукции.
Для аппаратов:
,

где ?за – время загрузки и выгрузки аппарата.
Формулы для расчета производительности оборудования.
1. Оборудование непрерывного действия, продукция штучная
;




где – расстояние между обрабатываемыми объектами; Z – количество одновременно обрабатываемых объектов; – скорость.
2. Оборудование непрерывного действия, продукция насыпью
;

где F – площадь поперечного сечения.

3.Оборудование периодического действия, продукция штучная



4. Оборудование периодического действия, продукция насыпью


Если без ?, то
где m – масса загрузки, m = V??, здесь ? – коэффициент загрузки.
Определение мощности привода.
1. 2.
3. 4.

где П – производительность; Р – давление.
5. Через удельные показатели:
П ауд N= аудП

ауд
режущая способность механизма нож – решетка

Классификация неисправностей технологического оборудования пищевых производств
При разработке изложенной классификации исходили из того, что неисправность - состояние оборудования, при котором оно не соответствует требованиям (хотя бы одному), предъявляемым как в отношении основных параметров, так и в отношении безопасности и удобств эксплуатации, внешнего вида, комплектности и т.д.
Применительно к технологическому оборудованию пищевых производств все возникающие неисправности можно разбить на следующие группы:
а) неисправности, связанные с невозможностью пуска оборудования, например, не вращается электродвигатель, например отсутствует электропитание, неисправно или не включено блокирующие устройство, неисправна пусковая аппаратура, не подаётся тепло- или хладоноситель и т.п.;
б) неисправности, при которых машина (аппарат) не обеспечивают заданных технологических параметров, например, температура обрабатываемого продукта выше (ниже) заданной, не обеспечивается степень измельчения, не осуществляется разделение и т.п..
в) неисправности, приводящие к критическим или аварийным ситуациям, например, барабан сепаратора вибрирует, повышенный шум, избыточный нагрев редуктора, утечка масла, утечка воды (пара), смешивании продукта и тепло- (хладоносителя), заклинивание и т.п.;
г) неисправности, нарушающие безопасность и удобство эксплуатации оборудования, например, не срабатывает система защиты (предохранительный клапан), отсутствует подсветка; возникли посторонние вибрации и т.п.;
д) неисправности, нарушающие санитарные требования, например, отсутствует крышка ванны для созревания сливок, вытекает смазка, отсутствует уплотнение и др.
Следует также учитывать те неисправности, причины которых могут быть скрытыми. Обнаружение скрытых причин неисправностей зависит как от опыта специалиста, так и от возможностей использования средств диагностирования.
Данная классификация апробирована при разработке технологического оборудования в рамках курсового и дипломного проектирования.



№2 Оборудование для фиксирования, оглушения и убоя животных.
Введение
Оборудование для обездвиживания и фиксирования скота
Характеристика и краткий анализ преимуществ и недостатков способов обездвиживания.
Существуют следующие способы обездвиживания: механический (пневмомолотки); электрический; химический (углекислый газ, диоксид углерода); физический (вакуум).
Под механическим способом оглушения подразумевают нанесение удара определенной силы в лобную часть головы животного посредством деревянного молота, пневмомолота или стреляющего устройства (пистолета) без нарушения целостности костей. Механический способ имеет некоторые преимущества перед электрооглушением: отсутствие переломов костей скелета и кровоизлияний в ткани и внутренние органы, что позволяет получить товарное мясо с качеством лучшим, чем от животных, оглушенных электротоком; мышечная ткань животных после механического оглушения имеет более высокую влагосвязывающую способность и пластичность по сравнению с мышечной тканью животных, подвергнутых электрооглушению. Однако этот способ более трудоемок и требует от рабочих, производящих оглушение, более высокой квалификации.
Оглушение свиней газовой смесью. Для оглушения свиней применяют газовую смесь, состоящую из 65% углекислого газа 35% воздуха. Газовой смесью животных обрабатывают в герметизированной камере или в приямке. Продолжительность обработки 15 с. Животное погружается в глубокий сон и остается в полной неподвижности и расслабленности мышц в течение 1 мин. За это время производят убой и обескровливание.
Аппарат для электрооглушения КРС ФЭОР, М = 50 голов/час.
Рисунок 1 – Функциональная схема аппарата для электрооглушения КРС с однополюсным стеком ФЭОР – 1: 1 – шкаф управления; 2 – стек; 3 – копье; 4 – рукоятка; 5 – кнопка; 6 – конечные выключатели.
Параметры: наряжение 70-110В; частота 50 Гц; время контакта 20-25 сек.; мощность – 0,5 кВт.
Техническая характеристика аппарата ФЭОР-1
Пропускная способность – 50 голов в час, продолжительность оглушения до 25с, напряжение тока для оглушения –70-80 В; Частота тока – 50 Гц; Напряжение сети –220/380В; Стек: длина –1738мм, диаметр –40 мм. Масса стека –2кг.
В зависимости от вида и возраста животных напряжение изменяют в пределах 70—80 В. Продолжительность оглушения колеблется и составляет в среднем для телят 6— 7 с, молодняка 8—10, взрослых животных 10—15, быков — до 25 с.
Недостатки: периодичность действия, малая производительность, наличие ручного труда, судороги.
Аппарат Я01-80 УХЛУ предусматривает взвешивание скота непосредственно в боксе для определения его массы и дозирования напряжения, тока и времени оглушения.
Электрооглушение свиней. Применяют способ наложения щипцов с электроконтактами на голову так, чтобы контакты прижимались к обеим боковым сторонам черепа за ушами. Напряжение тока 70-100 В, продолжительность 7-10 с.
На мясокомбинатах малой мощности свиней целесообразно оглушать с помощью специальной электроиглы, смонтированной вместе с источником тока напряжением 24 В. Иглу вводят в мышцы за ухом и не вынимают до полного сбора пищевой крови. Длительность процесса 45 с.
Оглушение электротоком вызывает повышение кровяного давления и беспорядочное сокращение мускулатуры животных, напоминающие судороги. Вследствие этого нередко, в особенности у свиней, наблюдаются кровоизлияния, ухудшающие товарный вид. Чтобы предотвратить эти недостатки, при оглушении свиней применяют ток повышенной частоты (2000-2400Гц).
Аппарат для электрооглушения свиней ФЭОС.
Рисунок 2 – Функциональная схема аппарата для электрооглушения свиней с двухполюсным стеком ФЭОС – У – 4: 1 – высокочастотный мотор-генератор; 2 – шкаф управления; 3 – выключатель; 4 – стеки; 5 – наконечник-изолятор; 6 – электроды


Установку используют в боксах или на линиях, оборудованных фиксирующими или пластинчатыми конвейерами, предназначенными для оглушения свиней. На лицевой панели станции управления установлены вольтметр, три сигнальные лампы, из которых средняя, зеленая, указывает на включение установки, две крайние, красные, на включение напряжения на правую и левую вилки.
Высокочастотный агрегат состоит из высокочастотного генератора (напряжение 220 В, частота тока 2400 Гц), который приводится во вращение электродвигателем. Вилка (стек) представляет собой полую трубку. На одном конце ее закреплены на изоляционной колодке два медных электрода. Напряжение на электроды подается по проводу, пропущенному через трубку. Вилка оборудована выключателем напряжения.
Эксплуатация. В процессе эксплуатации величину напряжения тока контролируют по вольтметру, величину силы тока — по амперметру. При подготовке установки ФЭОС к проведению оглушения проверяют надежность заземления механических частей вилки.
При эксплуатации установок стеки содержат в чистоте, замену копья выполняют при выключенном пакетном выключателе. Ревизию стека производят не реже одного раза месяц. Запрещается прикасаться к полу бокса копьем стека, подключённого к сети.
Ремонт.

Оборудование для фиксирования скота при электрооглушении
Относят: боксы (периодического и непрерывного действия, линейного типа и ротационные) и конвееры (пластинчатые и фиксирующие) для свиней и КРС.
Боксы для КРС Г6-ФБА; АБ-50М; АБ-57 и другие линейного типа.
Наладка: в процессе наладки регулируют щит бокса так, чтобы при равномерном поворачивании пола его дно наклонялось не менее 30—40° (0,523—0,698 рад) при достаточном открытии щели для выгрузки животного. Регулировке подлежит также механизм удерживания пола в горизонтальном положении. Проверяют, чтобы щит бокса был надёжно соединен цепью и фиксировался в нижнем положении защёлкой.
При опробовании под нагрузкой на пол бокса кладут искусственный груз, нажимают на педаль, при этом усилие должно быть не более 196,1 Н. При нажатии на педаль бокс должен открываться и сразу закрываться.
Эксплуатация:
Автоматический бокс АБ-50М
Перед началом работы бокса проверяют плотность закрытия пола и щита бокса, наличие смазки на тросе для подвески пола и торцовой двери, а также механизма управления передней стенкой и полом, крепление контр груза.
В процессе эксплуатации производят смазку механизма управления и троса, еже сменно производят проверку целостности цепей. По окончании смены очищают и моют пол, площадку бойца и лестницу
Скорость съемки шкуры с туш крупного рогатого скота регулируют с помощью четырехскоростного электродвигателя привода установки.


Рисунок 3 - Обобщенная (а) и поэтапная (б) функциональные схемы автоматического бокса для электрооглушения КРС: 1 – передняя подвижная стенка; 2 – ось; 3 – блоки; 4 – боковая подвижная стенка; 5 – откидной пол
Недостатки боксов линейного типа:
1) Животное впадает в стресс с выбросом адреналина, ухудшается качество.
2) Возможны переломы конечностей, внутренние кровоизлияния, переход мышечной массы в более низшую категорию.
Производительность таких боксов ?75 голов в час.
Боксы ротационные:
Бокс Пинского мясокомбината и бокс Киевского мясокомбината.
Рисунок 4 - Функциональная схема ротационного бокса для электрооглушения
КРС:
1 – вращающаяся платформа; 2 - полуцилиндр; 3 – подгон; 4 – площадка для рабочих; 5 – животное; 6 - лестница

Бокс конструкции Пинского мясокомбината предназначен для оглушения крупного рогатого скота. Он представляет собой вращающуюся платформу диаметром 3500 мм, разделенную пополам перегородкой. Неподвижная дугообразная стенка и подвижная перегородка образуют камеру, в которой оглушают животных. За дугообразной стенкой камеры расположена площадка для бойца. Вращающаяся платформа роликами опирается на кольцевую дорожку из стальной балки. Приводится она в движение приводом, состоящим из электродвигателя, клиноременной передачи, цилиндрического и червячного редукторов и шестереночной пары. Камера бокса открывается и закрывается шибером, который перемещается в вертикальной плоскости с помощью ручного привода, снабженного противовесом. Управляют боксом с пульта, расположенного на рабочей площадке бойца.
Животных в камеру бокса загоняют при поднятом шибере. Шибер опускают и оглушают животных с помощью электрического тока. После чего включают привод бокса и поворачивают платформу на 180°. Таким образом оглушенные животные из камеры бокса попадают на открытую площадку платформы, с которой их поднимают лебедкой на путь обескровливания, а в это время в камеру бокса загоняют следующую группу животных, и цикл повторяется.
Применение бокса данной конструкции позволяет избежать травм животных в результате падения, так как исключена выгрузка животных из бокса прямо на пол цеха.

Бокс Киевского комбината.
Бокс представляет собой кольцевую площадку с вращающимся полом. Неподвижная наружная и подвижная внутренняя стенки кольцевой площадки образуют дугообразную камеру бокса шириной 700 мм, куда подаются на оглушение животные. Пол бокса жестко соединен центрирующий цилиндр, оборудованный роликовыми опорами, которые обеспечивают вращение подвижной части бокса строго вокруг своей оси. Центрирующий цилиндр неподвижно прикреплен радиальными швеллерами к беговой дорожке. В конце бокса установлен отражатель, с помощью которого оглушенное животное сбрасывается с вращающегося пола бокса.
Работает бокс следующим образом. Животные по узкому коридору поступают на вращающийся пол бокса. На участке загона животных на подвижный пол бокса фиксаторы находятся в опущенном состоянии. При движении пола вместе с животным фиксаторы постепенно выходят из пазов внутренней стенки и, поднимаясь, занимают горизонтальное положение, чем ограничивают перемещение животного. Проходя площадку для оглушения, животное оглушается и, удерживаемое фиксаторами, подается к месту выгрузки, а в это время оглушается следующее животное. У места выгрузки фиксаторы опускаются, животное освобождается и с помощью отражателя сбрасывается па пол цеха для подъема на путь обескровливания.
Производительность бокса Киевского комбината определяется по следующей формуле:
, голов/час,

где n – число оборотов платформы, n=3 об/мин.
Внутренний объем:
,

где h – высота.
Рекомендации по определению основных геометрических размеров ротационных боксов.
; ; ,

где z – количество роликов под платформой.
Бокс ротационного типа для свиней Волгоградского мясокомбината.

Производительность ? 250 голов/час. Рисунок 5 - Функциональная схема ротационного бокса для электрооглушения свиней: 1 – дверца; 2 – вращающаяся платформа; 3 – ограничитель;4 – животное; 5 – площадка для рабочих; 6 – металлические стержни под напряжением ФЕОС; 7 - лестница
Свиней электропогонялкой загоняют в отсек, который находится под углом к боксу, а затем в бокс, где вращающимися полом 2 и внутренней стенкой они подхватываются и подаются последовательно по панели с электродами 6. Электроды имеют свободно подвешены на оси и подключены к установке ФЭОС напряжением 220/250В и частотой тока 2200—2400 Гц, которая монтируется рядом с приводом на перекрытии бокса. После оглушения свиньи отсекателем выбрасываются из бокса к роликовому элеватору ЭР-1,85.
Рабочая поверхность элеватора смонтирована над рольгангом. На заднюю конечность оглушенной свиньи накладывают путы и при помощи элеватора подвешивают тушу на полосовой подвесной путь. Далее туши поступают на обескровливание. Производительность карусельного бокса 200—250 свиней в час. Преимущества: большая производительность; непрерывность процесса.

Рисунок 6 - Барабанный бокс:
1 – барабан; 2 – ось вращения пола; 3 – поворотный пол; 4 – камера; 5 – защёлка, фиксирующая пол; 6 – транспортёр для обескровливания.
Принцип действия: После прохода животного в бокс, снимают защёлку 5, пол опрокидывается, ноги животного провисают, а туловище проваливается в сужение камеры, в результате животное теряет способность к движению. После электрооглушения барабан поворачивается на 120о и животное подаётся на транспортёр 6.

Рисунок 7 – Функциональная схема бокса для оглушения свиней: 1 – рама; 2 – боковая неподвижная стенка; 3 – рычаг;4–боковая поворотная стенка; 5 – ось.

Конвейеры для электрооглушения скота.
1. Цепные транспортеры применяются для электрооглушения свиней и КРС.
Электрооглушение свиней производят на движущемся транспортере электротоком напряжением 200-240 В и частотой 2400 Гц. Продолжительность оглушения 8-10 с.
Рисунок 8 – Цепной транспортер
1 – борта; 2 – пластины; 3 – ролики; 4 – приемный стол; 5 – Ленточный транспортер.
Пластины 2 из нержавеющей стали с отогнутыми вниз краями.

Преимущества: по сравнению с линейными боксами: непрерывность процесса и большая производительность.

Фиксирующие конвейеры. Предназначены для электрооглушения КРС, свиней и МРС.

Типовая функциональная схема фиксирующего транспортёра. .
Рисунок 9 – Функциональная схема V-образного конвейера с автоматическим электрооглушением: 1 - конвейер; 2 – приемный стол; 3 – туша; 4 – металлический стержень под напряжением; 5 – помост; 6 – ось
Установка Я8-Ф00 для электрооглушения КРС состоит из фиксирующего конвейера, стола ориентации туш и подъемника Я1-ФПА (пространственный конвейер с узлом пересадки туш на конвейер забеловки). Фиксирующий конвейер состоит из двух наклонных, каждый из которых состоит из сварного каркаса, на котором крепятся направляющие рельсы для тяговой цепи и поддерживающих роликов, приводная и натяжная, станции. Рабочее полотно транспортера собрано из металлических пластин длиной 800 мм, закрепленных винтами на звеньях двух тяговых цепей с шагом 125 мм. На внутренней стороне каждой пластины на неподвижном пальце установлен поддерживающий ролик.
Переработка скота на установке Я8-Ф00 ведется в следующей последовательности. Включают фиксирующий конвейер и подают в него равномерно по одному животному через специ альный подгон (коридор). Для подгона животных используют электропогонялки (напряжение не выше 25 В). Поступая на фиксирующий конвейер, животное теряет опору и фиксируется (заклинивается) между двумя движущимися пластинчатыми транспортерами. При транспортировке к месту оглушения на конвейере может находиться одновременно не более трех животных.
Оглушают животных на выходе из фиксирующего конвейера электрическим током, используя аппарат ФЭОР, оснащенный двухрожковым стеком. Обслуживает фиксирующий конвейер один рабочий-глушилыцик. Оглушенное животное выгружается из конвейера на стол ориентации, откуда направляется на участок обескровливания. Рабочий-подцепщик снимает путовую цепь с кольца каретки тягового органа подъемника, захватывает цепью задние конечности животного, фиксируя их, а крюк путовой цепи накидывает на кольцо рабочей каретки, которая в этот момент проходит в зоне участка подцепки. При массе скота свыше 800 кг подвеску туш осуществляют через одну рабочую каретку.
Расчет мощности фиксирующего конвейера, смотри метод обхода по контуру.
Производительность:
, шт/час.

Наладка: перед опробованием на холостом ходу тщательно осматривают конвейер, убирают инструмент и посторонние предметы. Проверяют натяжение цепи, величина которого должна быть в пределах 2000 – 2500 Н. Расставляют наладчиков по всей длине конвейера для полного обзора всех узлов и подачи сигнала остановки конвейера в случае заедания цепи. Проверяют надежность соединения ремня вариатоpa и крепления ограждения движущихся частей. Вариатор должен очень легко от руки давать плавные изменения скорости движения конвейера. Регулировкой исключают возможное зацепление и перекос каретки натяжной грузовой звездочки при ее перемещении по направляющим. Чтобы убедиться в свободном продвижении цепи, вручную проворачивают муфту, не прилагая значительных усилий. После устранения обнаруженных дефектов кратковременно включают электродвигатель и проверяют движение цепи, работу привода и жесткость несущего каркаса конвейера. Затем включают в |работу конвейер на более продолжительное время. При этом звездочки натяжной станции грузового типа должны свободно двигаться н направляющих и весь механизм конвейера должен работать плавно, без толчков или рывков.
При заедании троллеев или стрелок или возникновения большого сопротивления может сломаться палец или срезаться его ось, но это должно произойти без заметного толчка всей цепи, цепь не должна оборваться, не должен выйти из строя вариатор. Это необходимо проверить при испытании конвейера.
После наладки работы конвейера на холостом ходу его опробуют под нагрузкой, подвешивая мешки с песком или солью. Работу конвейера можно считать нормальной, если при полной загрузке конвейеpa и повторных включениях и остановках тяговая цепь трогается плавно, без заметных рывков и ролики троллеев легко вращаются.

№3 Оборудование для съемки шкур скота
Введение

Анализ современных способов съемки шкур с туш скота
Существует следующие способы:
1. Механический, методом разрыва связей между шкурой и тушей по подкожному слою. Наиболее производительный метод.
2. Тепловой, введением под шкуру раскаленной проволоки.
3. Химический, введением под шкуру веществ растворяющих подкожный слой.
4. Физический (пневматический), введением сжатого воздуха под шкуру.
5. Гидравлический, введением воды под шкуру (недостаток – обводнение туши)
6. Комбинированный.
Особенности съемки шкур методом разрыва связей
Исходя из анатомо-гистологического строения шкуры и фиброзного остова скелета существуют следующие основные принципы съемки шкуры методом разрыва связей:
1) В местах, где шкура КРС соединена с поверхностной фасцией (плева) – съемка идет путем разрыва подкожного слоя.
2) Прочность подкожного слоя в поперечном и продольном направлении неодинакова и зависит от скорости съемки шкуры, причем для КРС в поперечном направлении съемку ведут сначала с лопаточной части, а затем в продольном направлении со спинной части.
3) Для свиней и МРС съемку можно вести как в продольном, так и в поперечном направлении.
Анализ качества съемки.
Качество съемки зависит от количества прирезей мяса остающихся на шкуре. Чтобы их избежать по обе стороны шкуросъемки стоят рабочие с ножами. При отрыве шкуры от туши разрываются крупные и мелкие кровеносные сосуды. При взаимодействии с кислородом кровь сворачивается, возникает точечный тромбоз. Он препятствует кровоизлияниям и растеканию крови по туше. Туша при снятии шкуры становится шероховатой. Это способствует образованию корочки подсыпания, которая препятствует выходу влаги из внутренних слоев туши.
Шкуросъемки периодического действия для туш КРС: ФУАМ (75 голов/час), А1-ФУУ (60 голов/час).
3.1 Классификация шкуросъёмок.
По рабочим органам: цепные; тросовые (редко, Бакинский мясокомбинат); барабанные; валковые (с горизонтальной, вертикальной наклонной осью).
По способу привода валка: электромеханический; гидравлический.
Все механические установки широко применяются для съемки шкур. Однако, они могут обеспечить удовлетворительное качество операции только при условии постоянного наблюдения за ходом съемки, при правильной фиксации туш, необходимом предварительном натяжении шкур, своевременной подсечке мест задиров и соблюдении технологических параметров процесса (скорости движения, угла и направления отделения шкуры).
Шкуросъёмки для КРС периодического действия. Установка ФУАМ.


Рисунок 10 – Поэтапная функциональная схема установки ФУАМ: 1 – рычаг; 2 – ролик с крюком; 3 – туша; 4 - скобы; 5 – цепь; 6 – рама; 7 – склиз; 8 – обрезиненный приемный стол; 9 – крюк; 10 – подпятник; 11 – приводная звездочка; 12 – натяжная звездочка; 13 – поворотный фиксатор; 14 – площадка для рабочих.
После забеловки туша по подвесному пути подается к рычагу поворотного фиксатора 13. Рабочий с помощью кнопочного устройства включает фиксатор. Рычаг фиксатора, поворачиваясь, захватывает тушу 3 и перемещает ее к месту фиксации; после поворота на 90° фиксатор останавливается (срабатывает конечный выключатель). Поступившую тушу крючками фиксируют за передние ноги к скобам 4 поворотного фиксатора. Здесь же накидывают на концы шкуры петли из цепей с кольцами на конце. Включают фиксатор и подают закрепленную тушу к месту съемки шкуры, где рабочий надевает кольцо цепи фиксации шкуры на крюк 9 непрерывно движущейся тяговой цепи.
По окончании съемки шкуры туша поворотом фиксатора на 90° перемещается к месту, где ее освобождают от креплений. Таким образом, на установке одновременно ведутся операции с тремя тушами: одну закрепляют на участке фиксации, с другой снимается шкура, а с третьей снимают приспособления для фиксации. Снятая шкура по трубе установки падает на отклоняющий лоток, откуда соскальзывает на стол для осмотра, где освобождается от цепей. Цепи со снятых с туши шкур направляются к участку фиксации туш.
Производительность, голов в час 75-150. Шаг тяговой цепи 0,05-0,17мм. Скорость съемки шкур 3—10 м/мин.
Установка А1-ФУУ. Создана на базе установки ФУАМ и отличается от нее только конструкцией механизма фиксации туш, который приводится в действие гидравлическим приводом. Фиксатор состоит из стальной рамы, гидроцилиндра, установленного на кронштейнах рамы, двух направляющих для перемещения каретки и каретки с двумя крюками для фиксации туши. Гидропривод фиксатора состоит из масляного насоса, золотника реверсивного с ручным управлением и системы трубопроводов.
Фиксатор такого типа создаст равномерное натяжение туши во время съемки шкуры, компенсируя удлинение туши постоянным подтягиванием ее. Это исключает возможное образование складок перед фронтом отделения шкуры и положительно сказывается на качестве съемки шкуры.
Производительность не менее 60 туш в час (при скорости 0,210 м/с). Скорость движения тяговой цепи 0,071; 0,105; 0,135; 0,210 м/с. Рабочий ход штока не менее 500 мм, усилие на нём не более 15 тыс. Н. Время рабочего хода штока не менее 4 сек.

, кВт
()
Определение усилия сопротивления отрыва шкуры от туши
, Н,
(*)


Анализ формулы (*) Рисунок 11
где S – периметр обнажения туши; ? – скорость отрыва шкуры от туши; ? – угол отрыва;
а – параметр, равный обратной величине упрочнения шкуры. Зависит от скорости.
Для КРС, а=2,5-4,6?10-3;
Для МРС, а=5-12?10-3;
Для свиней, а=3-10?10-3;
Для кроликов, а=18-43?10-3.
1. При ?=0, ; 2. При ?=90?, ;
3. При ?=180?, (больше усилие отрыва).
Для свиней и МРС: ?=0?, причем съемку можно производить вдоль и поперек туловища, как от головы к хвосту, так и наоборот.
Предельная скорость съемки шкуры
По формуле Буссе-Журкова:


где В=2,5?10-4, равен скорости разрыва подкожного слоя при Р?=0.


где ?пр – предельная скорость съемки, это та при которой шкура начинает разрываться.
Для КРС в продольном направлении (от головы к хвосту) – 8?10м/мин; в поперечном направлении ?6м/мин. Для свиней и МРС – до 15?16м/мин.
Скорость съемки зависит от вида скота, возраста, пола, упитанности животного. Чем жирнее, тем меньше скорость съемки.
Условия качественной съемки шкур с туш скота
Для КРС съемка в боковом, а затем в продольном направлении.
1. Предварительное обеспечение натяжения туши (20?25% Рсопр).
Применяя в ФУАМ гидропривод для натяжения, установка превращается в А1-ФУУ (60 голов/час).
Подача сжатого воздуха.
Классификация установок для съемки шкур с КРС
1.Одно и двухэтапные;
2. С продольной или поперечной съемкой;
3. Периодического и непрерывного действия;
4. С постоянной или переменной скоростью съемки шкуры;
5. По типу рабочих органов:
а) цепные; б) канатные; в) валковые; г) барабанные; д) скальчатые;
6.С направляющими и без направляющих;
7.С приводом от тельфера, фрикционной или электрической лебедки.
Преимущества: укладывается в одноэтажное здание, простота.
Недостатки: периодичность действия, малая производительность, нет фиксации туши, шкура падает на пол, нет предварительного натяжения.
Установка барабанного типа: Benss и др. Может быть с горизонтальной, вертикальной и наклонной осью.
Рисунок 12 – Обобщенная (а) и поэтапная (б) функциональные схемы барабанной установки для съемки шкур с КРС с вертикально перемещающимся барабаном: 1 – туша; 2 – подвеска; 3 – барабан; 4 – стойка; 5 – ходовые ролики; 6 – фиксатор передних ног.


Рисунок 13 - Обобщенная (а) и поэтапная (б) функциональные схемы барабанной установки для сьемки шкур с КРС с качающимся барабаном: 1 – туша; 2 – подвеска; 3 – барабан; 4 – рама; 5 – гидроцилиндр; 6 – фиксатор передних ног; 7 - рычаг
Установки непрерывного действия для съемки шкур КРС. 3-х конвейерная установка (Ленинград).
Недостатки установки: она очень высокая, поэтому не вписывается в одноэтажное здание; при съемке возникают перекосы туши, в результате чего разрываются мышцы паха. Производительность установки до 200 голов в час.

()
Условие качественной съемки

()



?с ?св
?сг


Рисунок 14 – Обобщенная (а) и поэтапная (б) функциональные схемы установки Москва для съемки шкур с КРС: 1 – подвесной путь; 2 – конвейер фиксации ередних ног; 3 – конвейер для съемки шкуры; 4 – конвейер отвода шкур; 5 – приемный стол; 6 – натяжная звездочка; 7 – туша.
Установка РЗ-ФУВ (Москва-4) представляет собой каркас, на котором смонтированы два параллельных конвейера с различной скоростью движения. Конвейер фиксации передних конечностей 2 и конвейер съемки шкур 3. Конвейер 2 состоит из двух параллельных направляющих специального криволинейного профиля (подобно ФУАМ), по которым синхронно движутся тяговые цепи, соединенные между собой поперечными скалками. Конвейер 3 (гораздо меньших размеров, чем конвейер 2) тоже состоит из двух параллельно расположенных профильных (изогнутых) направляющих, по которым движутся тяговые цепи с крюками для фиксации шкур.
В передней части установки расположена приводная станция, на валу которой жестко закреплены звездочки конвейера фиксации конечностей и ведущие звездочки конвейера съемки шкур. Такая конструкция обеспечивает передачу движения конвейеру съемки шкур непосредственно от конвейера фиксации 2. Одновременно производится съёмка шкур с четырёх туш.
Производительность – 65-75; 87-100; 125-150 шт/час.


Преимущества установки Р3-ФУВ по сравнению с ФУАМ и А1- ФУУ: их можно устанавливать в одноэтажном здании высотой 4,5 м; в процессе съемки шкура все время находится под тушей, что уменьшает возможность загрязнения последней; улучшаются условия работы и техники безопасности для работающих; обеспечивается непрерывность технологического потока, большая производительность, 3-х скоростная.
Недостатки: большая занимаемая площадь (длина –12м., ширина?2м.), раскачивание туш, возможно их падение.
Пропускная способность шкуросъемок непрерывного действия:
, шт/ч

Длина установки в плане:
, м

где z – количество туш одновременно находящихся в установке; ? – коэффициент загрузки; ? – скорость прохождения туш через установку; l – расстояние между тушами; ? – время обработки одной туши.
Расчет мощности электродвигателя привода установок для съёмки шкур.


где Р – натяжение шкуры при её съёмке под углом ?; V – скорость съёмки шкуры;


где Ро – натяжение шкуры при её съёмке под углом ? = 0о.
При ? >135о, вышеуказанная зависимость не соблюдается. Скорость съёмки шкуры с туш КРС минимальна в области лопаточной части, где наибольшие усилия сопротивления разрыву подкожного слоя и наибольшее на спинной части ближе к хвосту.
В случае съёмки шкуры под углом ? <0о>0. В этом случае процесс резки превращается в распиливание (рисунок 23).
Рисунок 23 – Схема распиливания продукта полотном: а) с разведенными зубьями; б) без развода


При этом распиливаемый материал не соприкасается со стенками ножа. Это уменьшает трение и расход энергии на резание. Сами ножи могут быть исполнены в виде дисков, бесконечных зубчатых ленточных полотен или пластин (рисунок 2.15). Зубья могут быть клинообразной или овальной формы, с разводкой или без неё. Стандартные ленточные ножи с шагом более 0,8 мм допускают разводку двух смежных зубьев через один неразведённый. Чаще всего используют разводку по каждому зубу. При этом расстояние между вершинами противоположно разведённых зубьев принимают равным 1,25 – 1,5 толщины ножа. Дисковые ножи без разводки называют фрезами.
В устройствах с самоподачей применяют самовклинивающиеся зубья (рисунок 2.16 а–в). Самоподача материала на резание обеспечивается нормальной составляющей Pn действующей, со стороны продукта на нож и возникающей при приложении силы P?.


Рисунок 2.15 – Пластинчатые пильные полотна


Рисунок 2.16 – Формы зубьев ножей: а) – самовклинивающийся косой зуб; б) – самовклинивающийся с ломаной спинкой; в) – самовклинивающися закругленный; г), д) – треугольный несимметричный; е) – «волчий»

Значение угла j выбирают не более 30°, т.к. в противном случае резко возрастает сопротивление Рn .
В устройствах с принудительной и регулируемой подачей материалов применяют зубья без самовклинивания (рисунок 2.16 г–е). В этом случае при приложении касательного усилия P? к ножу продукт выталкивает нож с усилием, равным P’n. По рисунку 2.15: j – передний угол, град.; ? – угол заточки, град.; ? – задний угол, град.; t – шаг зубьев, м; h – высота зуба, м.
Пунктирными линиями обозначено усилие сопротивления и его составляющие, действующие на отдельный зуб со стороны продукта. Зуб по рисунку 2.16б прочнее зуба по рисунку 2.16а. Однако последний проще в исполнении, его легче затачивать.
Зубья по рисунку 2.16б применяются для снижения сил трения и облегчения схода стружки. Прочность лезвия зуба по рисунку 2.16г выше, чем зуба по рисунок 2.16д, такие зубья долговечнее. Однако исполнение и заточка их более сложная. «Волчий» зуб по рисунок 2.16е имеет повышенную режущую способность, высокую прочность. Зубья зубчатых ножей могут иметь двухстороннюю заточку (рисунок 2.16д) или одностороннюю. Межзубная впадина выполняется по плавной кривой для облегчения схода стружки.
Усилие сопротивления резанию зубчатым ножом можно рассчитать по объёму снимаемой стружки abVn за 1 секунду, если известен коэффициент сопротивления резанию продукта.
P1 = k•a•b•Vn / Vрез (2.8)
где а – ширина пропила, м; b – толщина распиливаемого материала, м; Vn – скорость подачи материала на нож, м/с; Vрез – скорость резания, м/с.
Для охлажденного и размороженного мяса k = (50–80) МН/м2;для мороженого мяса 100–200 МН/м2; для влажной кости 200–500 МН/м2.
Для дисковых ножей Vрез равна окружной скорости диска. При возвратно– поступательном движении пластинчатого ножа в качестве Vрез иногда принимают среднюю скорость движения ножа.
Vрез = Vср = 2 S•n / 60 (2.9)
Так как ход ножа за полуоборот кривошипа равен длине пути S, м; то за n оборотов полный путь ножа составит 2S•n, м/мин.
В некоторых случаях при резании пищевых продуктов принимают ножи с так называемой волнообразной нарезкой (рисунок 2.17а) или дугообразной зубчатой (рисунок 2.17б).


Рисунок 2.17 – Геометрия зуба: а) с волнообразной нарезкой; б) дугообразная зубчатая

Между основными геометрическими размерами волнообразного ножа существует следующее соотношение
; sin ?* = t / (2R),
(2.10)
где hZ – высота зуба, м; ?* – угол при вершине зуба, град.; R – радиус зуба, м; t – шаг зуба, м.
Угол резания при вершине зуба может быть равен 30–45?.
Очевидно, что для различных пищевых продуктов все геометрические размеры имеют свое оптимальное значение в каждом отдельном случае.
Преимущества волнообразной нарезки перед другими заключается в следующем: у основания зуба возникают малые напряжения; сравнительно простая технология производства ножей.
Пилы для распиловки грудной кости и туш на полутуши (с возвратно-поступательным движением полотна)
Возвратно–поступательное движение, сообщаемое ножам с помощью кривошипно–шатунного, кулисного или кулачкового механизма, одно– или двуплечего рычага, эксцентрика, гидро– или пневмоцилиндра является основным движением. Побочное движение ножа направлено перпендикулярно линии распила (рисунок 3.10).

Рисунок 3.10 – Нож с возвратно–поступательным движением: 1 – материал; 2 – основное движение; 3 – побочное

Таким образом, нож одновременно производит два различных движения.
В некоторых случаях, например, в шпигорезках побочное движение ножей заменено принудительной подачей на них шпика. Зубья таких ножей исполняют, как правило, самовклинивающимися, с наклоном в сторону для резания при толкающем ходе ножа. Основными недостатками таких ножей являются вибрации в механизме, возникающие при резании, а также переменность величины коэффициента скольжения (К? =О — К?max) , сказывающегося на качестве среза.
Для устранения вредных вибраций иногда применяют ножи с дополнительным режущим полотном. Оба полотна ножа прижаты друг к другу, подпружинены и имеют зубья. Благодаря одновременным противоположным движениям режущих полотен продукт перерезается по принципу ножниц. В результате уравновешиваются инерционные массы, равные по величине и противоположно направленные.
Для придания пластинчатым ножам устойчивости их натягивают.
Общие рекомендации по совершенствованию конструкций пластинчатых ножей могут быть следующими.
Наклон зубьев односторонне закреплённого ножа необходимо выполнять в сторону штока. Это обеспечивает натяжение полотна при рабочем ходе, позволяет уменьшить его толщину, и, значит, объем продукта, превращаемого в стружку.
Боковые поверхности зубьев могут выполняться с фасками в виде дополнительных режущих кромок.
Пластинчатые ножи целесообразно натягивать не по осевой линии, а смещая расстояние на (1/10 – 1/6) ширины полотна в сторону режущей кромки. Это уменьшает силу натяжения примерно на 15 – 20%, тем самым увеличивается срок службы ножей.
Если известны размеры кривошипно–шатунного механизма: r – радиус кривошипа, м; l – длина шатуна, м; и частота вращения кривошипа ?, 1/с, то в качестве Vрез можно принять скорость элементарно получаемую из кинематических расчетов.
Vрез = Vmax ? ?•r (1+ (r / l)2 / 2) ()
Пластинчатые ножи, как правило, имеют винтовое натяжение.
При эксплуатации необходимо тщательно следить за натяжением пластинчатых ножей. Ослабление натяжения приводит к следующим недостаткам: получению волнистого или косого среза и увеличению потерь на трение в направляющих. Чрезмерное натяжение вызывает значительные деформации рамок крепления ножей и приводит иногда к разрыву ножей.
Высокое качество среза получается при использовании ножей толщиной 0,4 – 0,5 мм. Однако при этом снижается их устойчивость, что также является причиной волнистого среза. Увеличение натяжения в этом случае неприемлемо, так как статическая нагрузка на поперечниках рамок достигает значительных величин.
Стойкость таких ножей зависит от физико–химических свойств материала, качества подготовки лезвий и их геометрии, условий и режимов резания. Для изготовления пластинчатых ножей рекомендуются стали марок У8 – У10, 65Г, 85ХФ.
На рисунке 3.11 представлен общий вид электропилы EFA–44 фирмы EFA (Германия), предназначенная для разделения туш крупного рогатого скота на полутуши. Распиловка одной туши производится за 20 – 40 с при производительности 130 туш/час. Через вентиль 9 подается дезинфицирующий раствор для мойки пилы. Главным недостатком пильных полотен с возвратно–поступательным движением является их продольное сжатие при толкающем ходе (вперед). Для избежания потери устойчивости полотен предусматривают промежуточные опоры и увеличивают толщину пластинчатого ножа. Однако, в последнем случае увеличивается ширина пропила, а, значит, и объем безвозвратных потерь мясокостного сырья в виде стружки.

Рисунок 3.11 – Электропила с маятниковым креплением пластинчатого ножа: 1 – пильное полотно, 2 – промежуточная опора, 3 – опорная головка, 4 – ось, 5 – лучок, 6 – вентиль для подачи воды, 7 – передняя рукоятка, 8 – электродвигатель, 9 – электрокабель, 10 – задняя рукоятка, 11 – корпус, 12 – защитный фартук
Вибросекачи
Виброрезание – это процесс, при котором секач при взаимодействии с сырьём совершает колебания в плоскости движения по поверхности раздела. Экспериментально установлено (В.И. Ивашов, Б.В. Кулишев и др. [22]),что при частотах колебаний 20–60 Гц и амплитудах 5–50 мм обеспечивается резание без опилок позвонковых и рёберных костей.
Принципиальная схема типового режущего механизма с пластинчатым вибросекачом для разделения туш скота на полутуши, представлена на рисунке 3.12. Секач 2, имеющий ступенчатую режущую кромку, помещён между двумя пластинами – направляющими, которые крепятся к корпусу 4. Длина режущей кромки секача 0,54 м. Её затачивают по радиусу 70 мм, величина которого установлена из твёрдости костей. Посредством пневмоцилиндра секач совершает 180–200 ударов в минуту (частота от 3 до 3,3 Гц).

Рисунок 3.12 – Схема режущего механизма с пластинчатым секачем для разделения туш скота на полутуши: 1 – направляющий палец; 2 – штуцера для сжатого воздуха; 3, 7, 11 – оси; 4 – пневмоцилиндр; 5 – поршень; 6 – шток поршня; 8 – шток; 9 – втулка; 10 – корпус; 12 – секач
Секач установки для расчленения свиней фирмы Lucien S.A. Durand (Франция) состоит из двух полотен треугольной формы, плотно пришлифованных друг к другу и совершающих возвратно–поступательное движение от эксцентрикового механизма. За один удар прорубается сверху вниз 0,02 м подвешенной вертикально свиной туши. Время разруба одной туши составляет 13–15 с. Количество мясокостных опилок (безвозвратно теряемого мясного сырья) снижается с 200 до 20 г на тушу.
Вся установка состоит из каркаса с четырьмя вертикальными зубчатыми направляющими для перемещения каретки, на которой смонтирован секач. У каретки, перемещающейся по вертикали, и у секача установлены отдельные приводы.
Механизированный инструмент для забеловки шкур скота
Для съёмки шкур скота методом разрезания подкожного слоя используют простые ножи, ручной механизированный инструмент и полуавтоматические машины.
Механизированный инструмент исполняют с колебательным, вибрирующим и возвратно–поступательным движением пластинчатого или дискового ножа (рисунок 3.13).

Рисунок 3.13 – Механизированный инструмент фирмы Jarvis (США): а) – общий вид: 1 – лезвие ножа; 2 – кожух; 3 – рычаг подъема кожуха; 4 – рукоятка; 5 – рычаг управления: 6 – шланг для подачи воздуха; б) – схема: 1 – нож; 2 – подвеска; 3 – корпус; 4 – шток; 5 – поршень; 6 – пневмоцилиндр
Лезвие ножа 1 (Рисунок 3.13а, б) фирмы Jarvis (США), при его возвратно–поступательных движениях, выходит из корпуса 2 на 1–2 мм. Кожух, который направляет нож и предохраняет кожу от порезов, при заточке ножа поднимают рычагом 3. Нож совершает колебания с частотой от 3.31 до 420 Гц при давлении воздуха 0,6 МПа. Масса инструмента равна 0,75 кг при мощности привода 0,18 кВт.

Дисковые пилы
Дисковые ножи используют в машинах для разделения туш скота на полутуши, распиловки грудной кости, отделения рогов и ног (рисунок 3.19), при разделке мясных туш и тушек птицы на части, в мясорезках, рыборезках, ломтерезках, овощерезках, хлеборезках и т.п.
Современные дисковые ножи различаются по назначению, имеют различные размеры полотна, форму и шаг зубьев. Форма режущей кромки дискового ножа может быть как гладкой, так и зубчатой. Ее предусматривают как по внешнему, так и по внутреннему контуру кольцевого диска. Диаметр дисковых ножей в зависимости от выполняемой операции может быть от 20 до 720 мм, в т.ч. для переносных дисковых пил от 160 до 720 мм с глубиной пропила от 55 до 305 мм. Привод диска может быть электромеханическим или пневматическим.
Применение дисковых полотен по сравнению с лучковыми пилами возвратно–поступательного движения полотна исключает вредное вибрационное воздействие на рабочего, присущее кривошипно–шатунным механизмам.

Рисунок 3.19 – Общий вид дисковой переносной пилы с электроприводом: 1 – дисковый нож, 2 – кожух, 3 – кронштейн для подвески, 4 – электродвигатель, 5 – рукоятка, 6 – рычаг управления, 7 – корпус, 8 – вал

В мясной промышленности дисковые ножи характеризуются высокой производительностью, ровной поверхностью среза, незначительным количеством дробленых костей при резании мясокостного сырья. Движение ножа в зависимости от его назначения может быть вращательным, вращательно–поступательным, планетарным, качательным, вибрирующим и т.п.
Дисковые ножи с расположением режущей кромки лезвия по окружности несложны в изготовлении и удобны в эксплуатации. Режущие механизмы с такими ножами позволяют получать практически неограниченные К?, необходимые для нарезания мягких и особо сочных продуктов, таких, как колбасы, ветчина, свежий хлеб, помидоры и т.п.
Геометрические размеры режущих дисков и усилие сопротивления резанию

Минимальный диаметр зубчатого диска можно определить (рисунок 3.20)
D ? 2 (h + rш + с), )
где h – наибольшая высота продукта, м; rш – радиус шайбы крепления диска на валу, м; с – высота сегмента ножа, выступающего из продукта, м.
Рекомендуется соблюдать следующие соотношения rш=2,5 , с ? 0,1•D или с ? 0,1 – 0,02 м.
Для дискового ножа с гладким лезвием
D ? 2 (h + c) / (1 – sin ?) ()
где ? – угол трения продукта о направляющие или рабочие полотна продукта, град; f = tg ? – коэффициент трения продукта о материал направляющих.
Чтобы условия резки были благоприятными, рекомендуется выбирать радиус диска в 2,5 – 3 раза больше толщины разрезаемого материала. Целесообразный угол резания составляет 8 – 15?.




Рисунок 3.20 – Схема к определению диаметра дискового ножа


Для наилучшего отвода тепла и воздуха из зоны резания ножом мяса и шпика применяют ножи с дополнительными канавками прямоугольного сечения (рисунок 3.21а, б). Нож может иметь дополнительные канавки со стороны заточной фаски. Канавки располагаются радиально и имеют плоское или округлое дно. При двухсторонней заточке канавки рекомендуется размещать со стороны меньшей фаски.
Толщина диска по условиям жесткости принимается равной ? ? 0,1 или ? ?(0,08–0,15) . Затем корректируется по ГОСТ 980–80. Число зубьев диска зависит от выбранного шага между зубьями t, м.
Z= h / t (3.14)
где h– рабочий ход диска (или материала, подаваемого на резание), м. h = ?D, м.


Рисунок 3.21 – Нож для резания (пластования) шпика
Шаг зубьев выбирают в зависимости от прочностных свойств распиливаемого материала, производительности, требований по качеству среза. С уменьшением шага между зубьями, т.е. с увеличением их количества повышается точность распиловки и чистота среза, однако уменьшается производительность.
Окружная касательная сила резания, необходимая для определения мощности резания определяется как
Pокр = Р1 Zк ()
где Р1 – усилие сопротивления, Н, рассчитываемое по формуле (2.8); Zk – осредненное число одновременно режущих зубьев
Zk = (?r / 360)Z ()
где Р1 – усилие сопротивления, Н, рассчитываемое по формуле (2.8); ?r – угол контакта зубьев режущего диска с продуктом, град.
Режущие диски, как правило, работают при скоростях 10 – 80 м/с, т.е. значительно меньших, чем допускаемая окружная скорость 150 – 170 м/с, при допускаемом напряжении 160 МПа. Поэтому их, как правило, не рассчитывают на прочность. Однако в необходимых случаях расчёт на прочность с точностью достаточной для инженерных расчетов может быть проведен по методу начальных параметров или методом трех усилий, известных из курса "Расчёты и конструирование". При этом вводится допущение, что нагрузка на внешнем контуре режущего диска Нr , является распределенной во всей окружности данного контура
Hi = Pокр / (2•?•r) (3.16)
где r – наибольший радиус диска, м; Pокр – усилие резания, Н.
Для режущих дисков с гладкой режущей кромкой сопротивление резанию определяется по системе уравнений (1.26). Коэффициент скольжения определяют в зависимости от компоновки режущего механизма.
Так при вращательном движении дискового ножа вокруг своей оси и подаче продукта со скоростью Vn = const
K? = V? / Vn = ?н r / Vn (3.17)
где ?н – частота вращения ножа, 1/с; r – радиус ножа, м.
При планетарном движении дискового ножа (рисунок 3.6в, ?в – по часовой стрелке, ?н против)
K? = ?н r / (?в rв cos?1 ) ? tg?1 (3.18)
где ?в – частота вращения водила, 1/с; rв – радиус водила, м; ?1 – угол между двумя радиусами ножа, один их которых проходит через рассматриваемую точку С, другой перпендикулярен водилу.
Причем знак «плюс» берётся для всех точек режущей кромки ножа, соприкасающихся с продуктом и расположенных левее от точки М пересечения окружности ножа перпендикулярным водилу радиусом. Знак «минус» берётся в противном случае (на дуге МЕ).
При планетарном движении (например, в хлеборезках и т. п.) дисковый нож (рисунок 3.22, с радиусом r вращается с угловой скоростью ?н вокруг своей оси А, закреплённой на водиле АВ длиною rв. Водило вращается со скоростью ?в вокруг оси В.
Для произвольно выбранной точки С, лежащей на кромке ножа, абсолютная скорость равна

()
где – скорость точки С относительно оси вращения А ножа, =?н r – абсолютная скорость точки А, = ?в rв .Для определения скоростей V? и Vn берут суммы проекций и на касательную к режущей кромке ножа в точке С и на нормаль к кромке:

()
Следует отметить, что при постоянных значениях ?н и ?в коэффициент скольжения К? изменяется по длине режущей кромки ножа в зависимости от угла ?1. В точке М при ?1=0 К? =?н r/(?в•rв). В точках D и Е К? = ?, а в точке F коэффициент скольжения имеет наименьшее значение

()
Соответствующий ему угол ?1 = arcsin (?в rв) /(?н r)
Рисунок 3.22 – Схема скользящего резания при планетарном движении дискового ножа.
Для движения дискового ножа вокруг своей оси и качательного или вращательного движения продукта радиусом r вокруг некоторого центра вращения (рисунки 3.23 а, б), К? определяется по формуле

К? = (1 / cos ?1 )(Vн /Vпр) ? tg?1, (3.19)
где Vн – окружная скорость произвольной точки на режущей кромке ножа, соприкасающейся с продуктом, м/с, Vн= ?н • r ; Vпр – окружная скорость продукта, м/с, Vпр=?пр•r пр ; ?1 – угол между направлением движения продукта и нормалью к острой кромке дискового ножа.


Рисунок 3.23 – Схема скользящего резания: а) при вращательном движении дискового ножа и продукта; б) при качательном движении продукта и вращательном движении дискового ножа
Угол ?1 зависит от расстояния а между осями вращения ножа и продукта и радиусов ножа и радиуса вращения продукта rн и rпр
sin ?1 = (а2 – rпр2 – rн2) / (2•rпр•rн (3.20)
Знак плюс в формуле (3.19) принимается в том случае, когда направление вращения ножа и продукта совпадают, знак минус в случае, когда они движутся навстречу друг другу.
Конструкции дисковых ножей и их элементов для разделки мясокостного сырья представлены на рисунке 3.24


Рисунок 3.24 – Геометрия дисковых пил: а) – для отрезания рогов скота; б) – для резания мясокостного сырья; в) – зубья без развода с уменьшенным коэффициентом трения; г) – профиль зуба пилы автоматизированной установки фирмы MIT AB (Швеция)

Зубья по рисунку 3.24в обычно исполняют с шагом, равным 3,5 – 13мм.
Дисковый нож (для разделения туш на полутуши, рисунок 3.24г) с наибольшим диаметром 0,7 м имеет зубья низкого профиля повышенной прочности. Для снижения трения боковые поверхности ножа покрыты тефлоном.
Функциональная схема механизированного инструмента с дисковыми ножами представленная на рисунке 3.25. показывает, что дисковые ножи 1, установленные на одной оси 2, совершают встречные качательные колебательные движения от эксцентрика 3 через шатуны 4 и пальцы 7. Вращательное движение эксцентриков осуществляется от электрического или пневматического привода через коническую зубчатую передачу 5. Дисковые ножи исполняют в виде двух зубчатых дисков диаметром 0,1 или 0,11мм.
В дисковом механизированном инструменте с электроприводом (рисунок 3.13а) диски совершают колебания с частотой 350 Гц. Нож 3 гибким валом 4 соединён с электродвигателем 1, который крепят вблизи рабочего места скобой 2. Двигатель переменного тока мощностью 0,17 кВт рассчитан на напряжение 220/380 или 24/42 В. Масса инструмента 1,1 кг.

Рисунок 3.25 – Механизированный инструмент с дисковыми ножами: а) – схема: 1 – нож; 2 – ось; 3 – эксцентрик; 4 – шатун; 5 – коническая зубчатая передача; 6 – ведущия вал; 7 – пальцы
Дисковый нож 1 с пневмоприводом (рисунок 3.26) получает вращение от пневмотурбинки, находящейся внутри полой рукоятки 2, соединённой непосредственно с валом конической передачи. Штуцер 4 служит для подачи воздуха к турбинке с давлением 0,6 МПа и объёмным расходом 0,006 м3/с, регулируемым рычагом 3. Инструмент имеет глушитель для снижения шума отработавшего воздуха. Мощность привода ножа 0,18–0,22 кВт.
Иногда ножи подобного типа снабжают пьезокерамическим преобразователем (встроенным в ручку), создающим колебания с частотой до 42 Гц при малой амплитуде. Ультразвуковые колебания позволяют снизить силу резания.
Кольцевые ножи являются разновидностью дисковых. Режущие инструменты с такими ножами (рисунок 3.27) представляют собой долговечные, экономичные устройства с высокой производительностью обработки голов крупного рогатого скота и свиней, процессов обвалки (отделения) мясной ткани от кости, печени, обработки рыбы и разделки тушек птицы. Модель с диаметром ножа 29 мм лучше подходит для вырезки мяса в труднодоступных местах на скелете и крыльях индейки, а также с костей свиных голов. При этом обеспечивается большой выход сырья, путём сокращения доли отходов. Модель с диаметром ножа 51 мм является особенно удобной для очистки костей, вырезки колотых ран, век и ушных раковин из свиной туши. Модель с диаметром ножа 63 мм предназначена, прежде всего, для вырезки мяса с шейных костей туш свиней, удаления жирового слоя с окороков свиней и тушек индейки. Производительность повышается по сравнению с ручным способом от 50 до 150 %. Модель с диаметром ножа 76 мм предназначена для удаления жира с лопаток, окороков, полутуш, отделения мышечной ткани. Наибольшее распространение получили модели с диаметром кольцевого ножа 127 мм. Типичные варианты применения: отделение мышечной ткани брюшной части, вырезание челюстных частей и остатков кожи, зачистка (обезжиривание) говяжьих полутуш, резка рёберных частей, шпика, удаление широких жирных слоёв, кожи, грязи, волос, резка рыбы.
Рисунок 3.26 – Общий вид дискового механизированного инструмента с пневмоприводом: 1 – нож; 2 – рукоятка; 3 – рычаг управления; 4 – штуцер для подачи воздуха

Механизированный ручной инструмент (МРИ) оснащается электроприводами малой массы при частоте электротока 50 Гц. Общая его масса снижается (до 10 раз) за счёт применения пневмоприводов. Удобство в работе обеспечивается эффективными противовесами пружинного типа.

Рисунок 3.27 – Кольцевой дисковый нож Whizard фирмы Bettcher: а) вид сверху; б) в рабочем положении
Применение МРИ позволяет снизить трудоёмкость выполняемых операций, травматизм, повысить качество выполнения технологических операций и изменить характер труда рабочих. В ряде конструкций и повышается безопасность работы за счет предусмотренных в МРИ двух рукояток для обеих рук, оснащенных кнопками управления.
Влияние параметров резания дисковыми ножами на процесс резания
Оптимальным режимом резания считают режим с наименьшей амплитудой и частотой колебаний дискового ножа. Для этого рекомендуют:
- увеличение диаметра шайб жесткости;
- увеличение частоты вращения;
- уменьшение диаметра диска.
При выборе толщины диска следует иметь в виду, что с её увеличением амплитуда колебаний уменьшается, но повышается частота.
Усилие сопротивления резания и качество среза дисковым ножом в первую очередь зависит от температуры мясопродуктов, окружной скорости ножа Vокр и скорости подачи Vn материала. Срез получается довольно чистым при соотношении Vокр / Vn , лежащем в диапазоне от 20 до 30.
Сравнительные исследования резания дисковыми и ленточными ножами позволили А.Н. Познышеву сделать вывод о том, что для резки мяса (мышечная или мясожировая ткань) целесообразнее применять дисковые ножи с односторонней заточкой. На основании экспериментов установлено, что при положительных температурах мясного сырья суммарное удельное усилие резания гладким односторонним ножом имеет минимальное значение в случае строго определенного соотношения скорости подачи и окружной скорости (таблица 1).
Таблица 1 – Изменение суммарного удельного усилия резания от окружной скорости и скорости подачи.
Окружная скорость, м/с Скорость подачи,
м/с Суммарное удельное усилие резания, Н/м Окружная скорость ножа, м/с Скорость подачи,
м/с Суммарное удель. усилие резания, кН/м
7 0,30 0,39 4 0,09 0,35
5 0,25 0,39 3 0,03 0,34
При понижении температуры мяса от 0 до –10 ?С суммарное удельное усилие резания возрастает и может быть представлено в виде
Р = k1 • t, (3.21)
где t – температура мяса, °С; k1 – эмпирический коэффициент, зависящий от скорости ножа, Н/(м•К).
Например, при скорости ножа 25,6 м/с к1 = 0,288 кН/(м•К) при 12,8 м/с – 0,185 кН/(м•К) и при 6,4 м/с – 0,173 кН/(м•К). В то же время удельное усилие резания в меньшей степени зависит от скорости подачи материала. Так при изменении окружной скорости ножа, от 0 до 24 м/с составляющая удельного усилия резания в направлении скорости подачи, равной 0,3 м/с, снижается от 5,6 до 0,09 кН/м, и при скорости подачи 0,03 м/с снижается от 5,6 до 0,05 кН/м.
Другая составляющая удельного усилия резания, перпендикулярная направлению скорости подачи Vn =0,3 м/с, возрастает от 0,2 до 0,4 кН/м, при Vn= 0,03 м/с изменяется от 0,2 до 0,41 кН/м.
Значение удельного усилия резания для других скоростей подачи, (принимаемых или рассчитываемых по заданной производительности) рассчитывают методом интерполяции или экстраполяции.
На усилие резания дисковым ножом значительное влияние оказывает угол встречи ножа и продукта. Когда продукт подаётся навстречу ножу в верхней его половине, угол встречи считают положительным. При подаче продукта в нижней половине ножа движение их будет попутным, а значение угла встречи отрицательным.
На основании экспериментов А.Н. Познышев сделал вывод о том, что рациональный угол встречи ? следует выбирать так, чтобы усилие резания в направлении подачи было равно нулю. Это устраняет искажение размеров нарезаемых порций мяса и уменьшает сдвиг продукта относительно опоры. При изменении угла встречи от 0 до –50° удельное усилие в направлении подачи Pn снижается до нуля, затем возрастает. Например, Pn = 0 при ? = –9? для окружной скорости 19,2 м/с и при ? = –14? для окружной скорости 6,4 м/с. Другие значения ?, в том числе для диапазона +50°– 0° можно рассчитать, используя выражение.
Pn = 0,19•103arctg(0,06?) + a, Н/м; ()

Pо = 0,42•103EXP(5,7•10–4?2) – b, Н/м (3.22)
где Pо – удельное усилие резания в направлении, перпендикулярном подаче, Н/м; a, b – эмпирические коэффициенты, зависящие от окружной скорости ножа. При окружной скорости ножа 19,2 м/с, а = 0,1 кН/м и b = 0 при Vокр = 6,4 м/с, а = 0,175 кН/м и b = 0,08 кН/м.
Конечно, представленные выше данные имеют тот недостаток, что не учитывают влияние таких факторов как количество соединительной или жировой ткани в мясе, вид мяса (говядина, свинина, баранина и т.п.), резания вдоль или поперёк волокон, т.е., одним словом, структурно– механические свойства мяса. Не учитывают они также геометрические размеры диска: диаметр, остроту и т.д.
Тем не менее, в настоящее время они являются ценным экспериментальным материалом, позволяющим проводить инженерные расчеты.
Для определения в диапазоне температур от –7 … –1,5 ?С усилия резания мяса применимо выражение
P1 = 1,6? 103 – 200 (t + 8), (3.23)
где t – температура мяса, ?С.
Необходимо отметить, что направление вращения дискового ножа влияет на мощность. При встречном вращении ножей с гладкой режущей кромкой мощность для резания меньше, чем при попутном вращении, а мощность для подачи больше.
Производительность многодисковых машин с принудительной подачей материала транспортёром (Vокр/Vn=20 – 30) можно определить по формуле
M = V•Z•Vn•?1 / l, м3/с, (3.24)
где l – расстояние между кусками по длине транспортёра, м; V – объём одного куска, подаваемого на резание, м3; Z – число кусков, располагаемых одновременно по ширине транспортёра; ?1 – коэффициент неравномерности подачи продукта.
Для многодисковых машин с гравитационной подачей материала на резание (с самоподачей) производительность равна
M = ?’ Sl’Vn , м3/с, (3.25)
где ?’ – коэффициент использования производительности машины; ?’max = 1,0; l’ – длина щели для свободного прохода продукта, м; S – ширина щели, соответствующая наибольшей толщине материала, м.
Скорость подачи в этом случае
Vn = 0,5 k •? •R (3.26)
где ? – угловая скорость вращения ножа, рад/с; R – радиус ножа, м; k – коэффициент самоподачи, определяемый по специальной методике, приведенной в литературе.
При полной загрузке проходного сечения установки, этот коэффициент принимают равным 0,45 – 0,7, при половинной 0,33 – 0,53.
В многодисковом самовтягивающем механизме с двумя параллельно установленными ножевыми валами (рисунок 3.28) ножи вклиниваются в продукт и сжимают его.


Рисунок 3.28 – Схема самовтягивающего многодискового ножевого механизма: 1– нож, 2 – вал, 3 – направляющие
В поверхности контакта возникают силы трения достаточные для продвижения продукта через пространство между ножами. Механизм будет функционировать нормально, если сила трения, возникающая в поверхности контакта, достаточна для вклинивания ножей в материал и при этом выполняется условие:

(3.21)
где D, d – наружный и внутренний диаметры ножей, м; S – площадь сегмента при радиусе, равном единице для центрального угла ?, м2; ? – напряжение, возникающее в продукте при сжатии на толщину ножа, Па; ? – коэффициент трения скольжения продукта по ножу; ? – адгезия (коэффициент сцепления поверхности ножа о продукт), Н/м2; ? – толщина ножа, м; b – расстояние между направляющими для продукта, м; Рn – удельное нормальное усилие вклинивания лезвия в продукт, Н/м.
Для однодисковых машин производительность может измеряться количеством пропилов в единицу времени и равна
М = 60 / Т, шт/ч (3.27)
где Т– сумма времени рабочего (холостого) хода ножа и времени на выполнение вспомогательных операций, мин.
Время рабочего (холостого) хода определяют, задавшись скоростью подачи ножа при известной длине пропила.
Кроме того, производительность однодисковых установок можно определить по их режущей способности.
Мощность (кВт) двигателя к дисковым пилам

()
где Рр – сила резания, Н; Vок – окружная скорость на внешней окружности диска, м/с; ?а – коэффициент запаса мощности; ? – КПД механической передачи.
Силу резания (Н) определяют по экспериментально полученным удельным сопротивлениям:

()
где руд – удельное сопротивление резанию, Н/м2; S – ширина пропила, м; h – толщина разрезаемого материала, м; Vп – скорость подачи, м/с.
С учётом этого соотношения мощность (кВт)

(3.28)
Как видно из формулы (3.28), мощность двигателя к дисковой пиле пропорциональна ширине пропила (м)
S = ?•? (3.21)
где ? = 1,2…1,3 – коэффициент, учитывающий ширину развода зубьев; ? – толщина полотна пилы, м.
Толщину ? нахо

[Познышев Вадим]

ставьте лайк