Proiect Utilaje in industria alimentara

Tema proiectului

Să se stabilească principalii parametri funcţionali şi constructivi ai unei maşini de tocat carne de tip industrial.

Se va lua ca model de referinţă „Maşina de tocat carne tip MATOCA-160”.

Din seria maşinilor de mărunţit carne tip Matoca, în figura 1 este prezentat tipul MATOCA – 160. Această maşină este destinată mărunţirii grosiere a cărnii sau a organelor proaspete, refrigerate sau blanşate sau slănină, destinate fabricării preparatelor de carne sau pentru topire. Maşina este dotată cu un sistem de tăiere cu cuţite şi site. Sitele au diametre cuprinse între 100 şi 285 mm, iar orificiile sitelor au diametre de 2, 3, 4, 6, 8, 10, 13, 18, 20 mm.

Pentru mărunţirea cărnii se folosesc cuţite în formă de cruce, cu tăiş pe o parte sau pe ambele părţi, sau cu cuţit dublu lamelar pentru mărunţirea oaselor.

Fig. 1. Schema constructivă a maşinii de tocat carne MATOCA-160: 1. motor electric; 2. reductor;

3. mecanism de alimentare şi tăiere;4. pâlnie de alimentare;

5. picioare de sprijin. Elemente iniţiale pentru proiect:

● Productivitate maximă: - Q1 = 3000 kg/h (carne crudă); - Q2 = 4000 kg/h (carne fiartă).

● Diametrul sitei: 160 mm; ● Putere instalată: [kw],

unde reprezintă numărul de litere al numelui; ; P =

● Turaţia electromotorului de acţionare: n = 3000 rot/min; ● Turaţia şnecului de alimentare: [rot/min],

unde reprezintă numărul de litere al prenumelui/primului prenume; N2 =

● Turaţia şnecului de presare: [rot/min];

n2 = ● Dimensiuni de gabarit (L x l x h): 1250 x 640 x 1210 [mm]; ● Masa netă: m = 750 kg.

Schema cinematică a maşinii

z1, z2, z3, z4 – roţi dinţate; z5, z6, z7, z8 – roţi de lanţ; S1 – şnec de alimentare; S2 – şnec de presare; I, II, III, IV – arbori plini; V – arbore tubular.

Funcţionare: Motorul electric de acţionare se cuplează direct cu reductorul. Pe arborele principal I se află roata dinţată z1, care angrenează cu z2 de pe

arborele intermediar II. Pe acelaşi arbore se află z3, care antrenează cu z4 – solidară cu arborele III şi cu şnecul de presare S2.

2

Mişcarea la şnecul de alimentare S1 se face prin intermediul roţilor de lanţ z5-z6-z7-z8.

Memoriul de calcul va cuprinde:

I. Prezentarea succintă a minimum trei utilaje folosite la prelucrarea cărnii.

II. Determinarea rapoartelor de transmitere provizorii: a) Determinarea raportului de transmitere total între motorul electric de

acţionare şi şnecul de presare.

● Prin definiţie, raportul de transmitere este raportul dintre turaţia arborelui conducător (în cazul de faţă, arborele I al motorului electric de acţionare) şi turaţia arborelui condus (în cazul de faţă arborele III al şnecului de presare).

b) Determinarea rapoartelor de transmitere intermediare şi .

● Din considerente de gabarit minim, se adoptă .

● Pe de altă parte, raportul de transmitere total este produsul dintre rapoartele de transmitere intermediare.

III. Stabilirea numărului de dinţi pentru roţile dinţate z1, z2, z3 şi z4:

● Roţile dinţate au număr întreg de dinţi.● Pentru pinioane (roţile dinţate mici) se adoptă număr minim de dinţi.

În consecinţă: z1 = z3 = zmin = 14 dinţi. ● În funcţie de numărul de dinţi, raportul de transmitere este raportul dintre numărul de dinţi al roţii conduse (care primeşte mişcarea) şi al roţii conducătoare (care transmite mişcarea). ● Pentru uniformizarea uzurii roţilor dinţate, roţile pereche (z2, respectiv z4) vor avea număr de dinţi impar, de preferinţă numere prime.● Numerele de dinţi rezultate din calcul (de regulă, numere zecimale) se vor rotunji, prin majorare sau lipsă, pentru a răspunde cerinţelor precedente. IV. Determinarea rapoartelor de transmitere reale la şnecul de presare:

a) Determinarea raportului de transmitere total între motorul electric de acţionare şi şnecul de presare:

3

b) Determinarea rapoartelor de transmitere intermediare şi :

;

V. Calculul turaţiei reale a şnecului de presare:

n2 real =

VI. Stabilirea raportului de transmitere provizoriu la şnecul de alimentare:

VII. Stabilirea numărului de dinţi pentru roţile de lanţ: Pentru determinarea numărului de dinţi al roţilor de lanţ z5, z6, z7, z8 se

procedează la fel ca în cazul roţilor dinţate, cu deosebirea că roţile de lanţ z5, z7 vor avea z5 = z7 = zmin = 10 dinţi.

VIII. Calculul turaţiei reale a şnecului de alimentare:

n1 real = ,

unde

IX. Calculul modulului şi al elementelor geometrice ale roţilor dinţate.

X. Calculul la torsiune (răsucire) al arborilor roţilor dinţate.

XI. Calculul productivităţii melcului de presare.

Elemente iniţiale pentru proiect:

● Numele şi prenumele: XXXXXX xxxxxx N1 = 6; N2 = 6. Rezultă:

● Puterea instalată: = 11200 w; ● Turaţia electromotorului de acţionare: n = 3000 rot/min; ● Turaţia şnecului de alimentare:

= [rot/min];

4

● Turaţia şnecului de presare: [rot/min];

Etapele de realizare a proiectului:

I. Prezentarea succintă a minimum trei utilaje folosite la prelucrarea cărnii.

In categoria maşinilor de mărunţit specifice industriei cărnii sunt cuprinse:a. fierăstrăul mobil lamelar (figura 3.2);b. fierăstrăul electric mobil circular de despicat carne; c. fierăstrăul electric mobil lamelar pentru tăiat costiţă;d. fierăstrăul electric circular pentru tăiat oase (figura 3.3); e. maşina de scos şorici; f. maşina maşina de decalotat căpăţâni.

In tabelul 3.1 sunt prezentate câteva caracteristici privind productivitatea muncii şi consumurile energetice pentru câteva maşini de tăiat în bucăţi mari:

Tabelul 3.1. Caracteristici ale unor maşini de tăiat în bucăţi mari

Maşina de tăiat Productivitatea Puterea instalată

Fierăstrae lamelare 70 carcase / h 1,7 kw

5

Figura 3.21 – pânză; 2 – capătul liber al fierăstrăului;3 – suportul pânzei;4 – carcasa fierăstrăului;5 – articulaţie;6 – bielă-manivelă.

Figura 3.31 – placă apărătoare de protecţie;2 – masă;3 – sistem de presare;4 – apărătoare;5 – sistem de gresare;6 – pânză disc.

Maşina de scos şorici 800 kg / h 0,75 kw

Maşina de decalotat căpăţâni 150 căpăţâni / h 2,2 kw

Pentru tăiat în bucăţi mici se folosesc maşin specifice ca:- volful pentru mărunţirea tăierea grosieră a cărnii sau slăninei;- maşina de tocat carne; - concasorul de oase;- maşina de tăiat felii.

Caracteristicile tehnice ale maşinilor de mărunţit grosier (volfuri) sunt prezentate în tabelul 3.2:

Tabelul 3.2. Caracteristicile volfurilor

Caracteristici MATOCA –85

GIULIA –

100

MATOCA-130

MATYOCA-

160

TMTC160

CONCASORUL DE OASE

CUBEX2000

Capacitatea de taiere [kg/h]

150 –300

200-600

400-700

3000-4000

10001600

1000 2000

Diametrul sitelor [mm]

- - - 160 - 278 -

Granulatia realizata [mm]

- 3-13 3-13 2-20 4 16-19 4-58

Puterea instalata[kw]

1,1 1,6 2,2 10/13 10 75 4,5

Turatia electromotorului

[rot/min]

- - - 1500/3000

1500 1000 -

Turatia cutitelor[rot/min]

- - - 200/400

- - 160

Turatia melcului de alimentare

[rot/min]

112 100 - 60/120 150/300

- -

Capacitatea pâlniei de alimentare

[cm3]

- - 36 - 200 400 -

Dimensiuni de gabarit [mm]

945x385x650

764x370x340

1030x400x1085

1250x680x1210

- 1840x1400x1445

1600x790x1250

Masa neta [kg] 92 113 195 750 - 2396 550

6

In unităţile de alimentaţie publică de capacitate mică şi medie (în care pot intra şi societăţile agroturistice) pentru felierea pâinii, mezelurilor şi a altor preparate din carne se utilizează maşina de tăiat în felii (figura 3.4) ale cărei caracteristici sunt prezentate în tabelul 3.3.

Tabelul 3.3. Caracteristicile maşinilor de tăiat în felii

CARACTERISTICI VALOAREProductivitate [kg/h] 20 – 40Grosimea feliei [mm] 1 – 20Puterea instalată [kw] 0,15

Diametrul discului [mm] 248Dimensiuni de gabarit [mm] 510 x 360 x 400

Masa netă 30

Pentru mărunţirea fină, în industria cărnii se folosesc cuterele necesare în obţinerea bradtului şi compoziţiei de prospături, dar şi maşinile de mărunţit cu cuţite şi site şi morile coloidale, utilizate în acelaşi scop, dar şi pentru pateuri şi haşeuri.

In figura 3.6 se prezintă cuterul MATOCUT – 100, iar în tabelul 3.4, caracteristicile tehnice ale cuterelor fabricate în România.

7

Figura 3.4Maşina de tăiat felii

1. stativ;2. electromotor şi

transmisie;3. disc de tăiere;4. apărătoare de protecţie.

Figura 3.5Maşina de măruţit grosier carne

MATOCA – 1601. Batiu;2. Motor electric;3. Reductor;4. Mecanism de alimentare;5. Pâlnie de alimentare

Figura 3.6 Cuterul MATOCUT – 100a – schemă cinematică: 1 – batiu; 2 – ax cu cuţite; 3 – electromotor; 4 – curele trapezoidale; 5 – cuţite; 6 – taler; 7 – variator de turaţie; 8 – angrenaj melcat; 9 – electromotor; 10 – capac; 11 - disc de evacuare; 12 – motoreductor; b –

vedere generală

Tabelul 3.4 . Caracteristicile tehnice al unor cutere fabricate în România

CARACTERISTICI MATOCUT -30 MATOCUT – 60 MATOCUT – 100Capacitatea talerului

[ l ]30 60 100

Capacitatea de prelucrare [kg/şarjă]

25 30 – 40 Capacitatea utilă 90 l

Nr. de cuţite [buc] 4; 6; 4; 6; 4; 6; 8;Putere instalată/turaţie

Kw/(rot/min)5,65/15005,65/3000

7,3 /15008,2/3000

12,5/150014,2 /3000

Turaţia talerului [rot/min] 9 – 18 11 – 12 9 – 18Turaţia cuţitelor [rot/min] 1500; 3000 1500; 3000 1500; 3000Dimensiunile de gabarit

Lxlxh [mm]1010x15x1150 1292x968x1430 2060x1300x1405

Masa netă 437 956 1414

Pentru mărunţirea foarte fină sau emulsionare se foloseşte maşina de mărunţit universală, prevăzută cu două mecanisme interschimbabile (cuţit – sită sau rotor stator). In figura 3.7 se prezintă maşina universală de mărunţit fin MICROFIN-R-200, ale cărei caracteristici tehnice sunt redate în tabelul 3.5, împreună cu ale morii coloidale MOLACOL – 1 prezentată în figura 3.8.

Morile coloidale se folosesc pentru mărunţirea foarte fină, utilizând sistemul de mărunţire rotor – stator, fiind prevăzute cu dinţi ce execută tăiere, frecare, omogenizare.

Mărunţirea foarte fină se bazează pe generarea de oscilaţii de înaltă frecvenţă (frecvenţa de lucru – 15kHz), dependente atât de dantura capuluide mărunţit, cât şi de turaţia rotorului, atât la moara de mărunţire foarte fină echipată cu stator – rotor, cât şi la moara coloidală.

8

Dispozitivele rotor-stator ale acestor mori sunt dotate cu rotor danturat de formă tronconică şi stator, de asemenea, danturat; numărul dinţilor creşte spre baza statorului şi rotorului, astfel încât spaţiul dintre ele scade progresiv şi poate fi reglat prin ridicarea sau coborârea statorului cu o piuliţă de reglare.

II. Determinarea rapoartelor de transmitere provizorii: a) Determinarea raportului de transmitere total între motorul electric de

acţionare şi şnecul de presare:

b) Determinarea rapoartelor de transmitere intermediare şi :

9

Figura 3.7

Maşina universală Microfin –R-200

1. Carcasa electromotorului;2. Placă de bronz;3. Manetă de blocare;4. Carcasa mecanismului de tăiere;5. Sită;6. Cilindru de alimentare;7. Pâlnie de alimentare;8. Piuliţă de strângere;9. Cuţit rotativ cu trei aripi;10. Inel de ghidare; 11. Aruncător de pastă; 12. Racord de evacuare; 13. Piuliţă de strângere;

Figura 3.8

Capul de mărunţire al morii Molacol – 1

1. Pâlnie de alimentare;2. Stator;3. Rotor;4. Mânerul piuliţei de reglare;5. Pâlnie de evacuare.

III. Stabilirea numărului de dinţi pentru roţile dinţate z1, z2, z3 şi z4:

z1 = z3 = zmin = 14 dinţi

Adopt: 25 dinţi (număr impar, apropiat de 25,984).

IV. Determinarea rapoartelor de transmitere reale: a) Determinarea raportului de transmitere total între motorul electric de

acţionare şi şnecul de presare:

b) Determinarea rapoartelor de transmitere intermediare şi :

;

V. Calculul turaţiei reale a şnecului de presare:

n2 real = rot/min

VI. Stabilirea raportului de transmitere provizoriu la şnecul de alimentare:

VII. Stabilirea numărului de dinţi pentru roţile de lanţ:

z5 = z7 = zmin = 10 dinţi.

Pentru calculul rapoartelor de transmitere intermediare iIII-IV şi iIV-V, cu ajutorul cărora se calculează numărul de dinţi al roţilor de lanţ z6 şi z8, se ţine seama de relaţia:

Din aceleaşi considerente avem , şi atunci:

10

Adopt: 17 dinţi (număr prim, apropiat de 16,16).

VIII. Calculul turaţiei reale a şnecului de alimentare:

n1 real = ,

unde

rot/min

Rezultă: n1 real = rot/min.

IX. Calculul modulului şi al elementelor geometrice ale roţilor dinţate

Pentru calculul modulului roţilor dinţate se foloseşte relaţiax):

[mm]

în care: – coeficient de sarcină (ţine seama de dinamicitatea şi concentrarea

sarcinii; în mod curent variază între 1 ... 1,6); P= 11,2 kw – puterea motorului electric de acţionare;

– coeficient de formă a dintelui (pentru 14 dinţi şi coeficientul de deplasare a sculei );

– coeficient de lungime a dintelui (pentru dantura din clasa de

precizie 8, folosită uzual la angrenaje în construcţia de maşini); z = z3 = 14 – numărul de dinţi al roţii dinţate conducătoare cea mai solicitată;

– rezistenţa admisibilă la încovoiere a dintelui;

rot/min – turaţia roţii dinţate conducătoare cea mai

solicitată (în cazul de faţă - turaţia arborelui II).

Rezultă:

11

mm

Modulul standardizat în STAS 821-61 cu mărimea imediat superioară este m = 3 mm (în cadrul proiectului, mărimile posibile pot fi: m = 2; 2,5; 3; 3,5; 4 mm).

Elementele geometrice ale roţilor dinţate sunt: - diametrele de divizare:

Dd1 = Dd3 = mm Dd2 = Dd4 = mm

- diametrele exterioare:

De1 = De3 = Dd1+2m = Dd3+2m = 42 + = 48 mmDe2 = De4 = Dd2+2m = Dd4+2m = 75 + = 81 mm

- înălţimea dinţilor:

h = mm

- diametrele interioare:

Di1 = Di3 = Dd1 – = Dd3 – = 42 – = 36 mmDi2 = Di4 = Dd2 – = Dd4 – = 75 – = 69 mm

__________x) După I. Bucşa, N. Cristofor, Îndrumătorul tehnicianului proiectant de maşini şi utilaje, Editura Tehnică, Bucureşti, 1971.

- lungimea dintelui mm

- distanţa dintre axe:

AI-II = AII-III = mm

X. Calculul la torsiune (răsucire) al arborilor roţilor dinţate Arborii roţilor dinţate sunt arborii I, II şi III. În cazul de faţă, pentru

simplificarea calculelor, pentru diametrele acestor arbori se adoptă constructiv valorile: d1 = 25 mm; d2 = 30 mm; d3 = 35 mm şi se verifică tensiunea efectivă cu relaţia:

12

[ ]

unde [Nm] este momentul de torsiune la care este supus arborele;

[mm3] – modulul de rezistenţă polar;

– tensiunea admisibilă la torsiune (se admite ).

Rezultă:

şi respectiv:

,

deci arborele I este bine dimensionat;

,

deci arborele II este bine dimensionat;

deci arborele III este bine dimensionat.

XI. Calculul productivităţii melcului de presare

Debitul de material transportat de melcul de presare se determină cu relaţia:

13

[kg/h]

unde: D, d sunt diametrele exterior, respectiv interior, ale spirei [m]; p – pasul spirei [m]; ns – turaţia reală a melcului de presare [rot/min]; ku – coeficient de umplere;

– masa volumică a materialului [kg/m3].

Adoptând:

D = 140 mm = 0,14 m (inferior diametrului sitei); d = d3 = 35 mm = 0,035 m (egal cu diametrul arborelui III, care antrenează

melcul de presare); p = 40 mm = 0,04 m. Se consideră o valoare medie a pasului spirei (în realitate,

pentru a asigura o bună presare a materialului în vederea trecerii acestuia prin orificiile sitei, pasul spirei melcului este variabil: descreşte cu apropierea de sită);

ns = nV = n2 real = 941 rot/min; ku = 0,9;

kg/m3,

productivitatea melcului de alimentare va fi:

Rezultă

(carne fiartă)

şi, în consecinţă, melcul de presare este bine dimensionat. Valoarea net superioară a debitului faţă de asigură, după mărunţire, pe lângă transport, şi trecerea uşoară prin sită a materialului tocat.

14

15