УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ МЯСО-РЫБНОГО СЫРЬЯ

Устройство для измельчения и транспортирования мясо-рыбного сырья относится к области приготовления кормов для пушных зверей, а именно к машинам и устройствам для механической обработки мясо-рыбного сырья, используемых в технологическом процессе кормоприготовительных кухонь звероводческих ферм и комплексов.
Известно устройство для измельчения - мясорубка [1, 2], состоящее из редуктора, электродвигателя и рабочего органа, включающего нажимную гайку, ножи, ножевые решетки, шнек. Принцип работы устройства заключается в следующем: мясо-рыбное сырье загружается в устройство для измельчения, где оно захватывается шнеком и транспортируется к ножам и ножевым решеткам, посредством которых и происходит измельчения сырья, после чего измельченное сырье выгружается из устройства.
Недостатками устройства для измельчения являются: высокие энергозатраты и снижение питательной ценности мясо-рыбного сырья в процессе его измельчения, вследствие того, что в зоне контакта ножей и ножевых решеток возникают значительные силы трения и как следствие генерация тепла, что вызывает снижение питательной ценности мясо-рыбного сырья. Так, известно [1, 3], что затраты энергии на преодоления трения между ножами и ножевыми решетками могут достигать 90% всей потребляемой на процесс измельчения энергии, а температура нагрева в зоне контакта ножей и ножевых решеток при перерывах в подаче мясо-рыбного сырья уже через минуту может достигать 120°C.
Известно устройство для измельчения мясокостного корма [4], состоящее из цилиндрического корпуса с загрузочной горловиной и разгрузочным патрубком и размещенным в нем с возможностью вращения в горизонтальной плоскости вогнутым диском с жестко установленными на его верхней поверхности под острым углом к радиусу окружности диска ножами, вдоль которых выполнены окна. На нижней поверхности диска установлены лопасти. В верхней части корпуса радиально над диском расположены противорежущие пластины. Принцип работы устройства заключается в следующем: мясокостный корм подается в загрузочную горловину и нагнетается на вращающийся диск. Под воздействием центробежных сил корм перемещается от центра диска к его периферии. При этом частицы корма, двигаясь со скоростью вращения диска, подвергаются измельчению. Корм срезается в виде стружки и, проходя через окна, выбрасывается из нижней части корпуса лопастями в разгрузочный патрубок.
Недостатками устройство для измельчения мясокостного корма являются: низкая производительность устройства, вследствие того, что внутренняя поверхность цилиндрического корпуса не имеет упоров, в связи с чем, мясокостный корм, попадая на вращающийся диск, длительное время вращается вместе с ним, и начинает измельчаться только когда создастся естественный упор; также недостатком является неоднородность размеров получаемых частиц, вследствие того, что измельчение производится со снятием стружки, в связи с чем, длина скалываемой стружки превосходит в разы толщину.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является устройство для измельчения мясо-рыбных кормов [5], которое состоит из неподвижного цилиндрического корпуса, сборного из двух частей. Корпус устройства опирается на подпорку. Внутри корпуса на подшипниках расположен вал, в сквозные отверстия вала установлены пальцы, к которым крепятся ножевые элементы. Траектория, по которой установлены пальцы с ножевыми элементами, представляет винтовую линию. Изменение угла поворота ножевых элементов осуществляется регулировочными гайками. Выходной конец вала с помощью муфты соединяется с приводом.
Недостатками данного устройства являются: низкая степень измельчения, вследствие того, что кромки лезвий ножевых элементов установлены по направлению движения перерабатываемых мясо-рыбных кормов, в связи с чем, скорости вращения кромок лезвий ножевых элементов и перерабатываемых мясо-рыбных кормов практически равны и направлены в одну сторону; также недостатком устройства является его низкая производительность, вследствие того, что ножевые элементы представляет собой не цельную винтовую поверхность, а лишь множество ее отдельных сегментов, что не позволяет ножевым элементам создавать достаточного давления для эффективного транспортирования мясо-рыбных кормов.
Достигаемый технический результат состоит в повышении степени измельчения мясо-рыбного сырья, а также в повышении производительности устройства.
1
2
Указанный технический результат достигается тем, что: ножи-лопасти установлены на валу таким образом, что они направлены навстречу движению перерабатываемого мясо-рыбного сырья под углом α относительно оси вращения вала равным 70-80°, при этом соотношение длин участков вала L и L, на одном из которых установлены ножи-лопасти, а другой имеет винтовую поверхность, составляет 0,3-0,4.
На фиг. 1 и фиг. 2 изображены вид спереди и местный разрез устройства для измельчения и транспортирования мясо-рыбного сырья. На фиг. 3 и фиг. 4 изображены аксонометрия и вид сбоку вала с винтовой поверхность и ножами-лопастями.
1
2
Устройство для измельчения и транспортирования мясо-рыбного сырья состоит из неподвижного сварного корпуса 1, боковых крышек 2, вала 3, который на подшипниках установлен внутри неподвижного сварного корпуса 1, на участке вала 3 длиной L выполнена винтовая поверхность 4, а на участке вала 3 длиной L по винтовой линии навстречу движению перерабатываемого мясо-рыбного сырья под углом α относительно оси вращения вала 3 установлены ножи-лопасти 5. Угол α - это угол между осью вращения вала и боковой гранью 6 ножей-лопастей 5. Привод устройства осуществляется посредством соединения концевого участка вала 7 с валом электродвигателя или валом отбора мощности трактора.
Устройство для измельчения и транспортирования мясо-рыбного сырья работает следующим образом.
1
2
Куски мясо-рыбного сырья подаются в загрузочную горловину 8 устройства, из которой они попадают на вращающийся вал 3 с винтовой поверхностью 4. Боковые грани 9 винтовой поверхности 4 создают необходимое давление P для транспортирования кусков мясо-рыбного сырья вдоль вала к ножам-лопастям 5. Ножи-лопасти 5 боковыми гранями 6 также создают некоторое давление Р для транспортирования кусков мясо-рыбного сырья вдоль вала к выгрузной горловине 10, при этом одновременно режущие кромки 11 ножей-лопастей 5 осуществляют процесс измельчения кусков мясо-рыбного сырья.
2
2
1
2
2
1
1
2
1
2
1
2
1
Вследствие того, что ножи-лопасти представляют собой не цельную винтовую поверхность, а лишь множество ее отдельных сегментов, то давление Р, создаваемое боковыми гранями ножей-лопастей недостаточно для транспортирования кусков мясо-рыбного сырья вдоль вала к выгрузной горловине. Дефицит давления Р ножей-лопастей компенсируется давлением Р, создаваемым боковыми гранями винтовой поверхности. В связи, с чем эффективность транспортирования всего устройства зависит от соотношения длин участков с ножами-лопастями L, на котором создается давление Р, и с винтовой поверхностью L, на котором создается давление Р. В зависимости от значений соотношения длин L/L изменяются основные технологические характеристики устройства - производительность, степень измельчения. На основании лабораторных исследований, проведенных автором в ФГБОУ ВО «Петрозаводский государственный университет» установлено, что наиболее оптимальные значения соотношения длин L и L находится в интервале L/L=0,3-0,4, т.к. достигается высокая производительность при высокой степени измельчения. При значениях соотношения длин меньше 0,3 производительность остается высокой, но при этом степень измельчения значительно снижается, что в свою очередь ведет к снижению качества получаемого мясо-рыбного корма. При значениях больше 0,4 степень измельчения достаточно высокая, но при этом производительность устройства заметно падает, что недопустимо в условиях промышленного производства мясо-рыбных кормов.
Значение угла α установки ножей-лопастей относительно оси вращения вала может изменяться в широком диапазоне от 0 до 90°. В зависимости от значений угла α изменяются основные технологические характеристики устройства - производительность, степень измельчения. На основании лабораторных исследований, проведенных автором в ФГБОУ ВО «Петрозаводский государственный университет» установлено, что интервал значений угла α от 70 до 80° является наиболее оптимальным, т.к. достигается высокая производительность при высокой степени измельчения. При значениях ниже 70° производительность остается высокой, но при этом резко снижается степень измельчения. При значениях выше 80° степень измельчения достаточно высокая, но при этом резко падает производительность устройства и значительно возрастают затраты энергии на процесс измельчения.
2
1
Для подтверждения технического результата был проведен ряд экспериментов по измельчению мясо-рыбного сырья при различных углах α и соотношениях длин L/L.
2
1
Куски мясо-рыбного сырья загружались в лабораторную установку предлагаемого устройства для измельчения и транспортирования мясо-рыбного сырья и перерабатывались. Производительность установки определялась методом взвешивания кусков мясо-рыбного сырья и хронометрирования длительности процесса его переработки [6], а степень измельчения методом ситового анализа [7]. В ходе экспериментов варьировались угол α в пределах от 0 до 89° с шагом 10° и соотношение длин L/L от 0 до 0,7 с шагом 0,1. Повторность экспериментов - трехкратная. По результатам экспериментов была получена выборка данных производительности и степени измельчения. Для полученных данных произведена статистическая обработка общепринятыми методами математической статистики для 5%-го уровня значимости. Результаты сведены в таблицу 1 и таблицу 2.
По данным таблицы 1 видно, что с увеличением угла α от 0 до 60° производительность устройства интенсивно увеличивается и при достижении 60° достигает своего максимума - 40 кг/ч, далее от 60 до 80° незначительно снижается до 37-39 кг/ч, и от 80 до 89° резко уменьшается до 1 кг/ч. Степень измельчения с увеличением угла α на всем интервале от 0 до 89° интенсивно увеличивается от 0 до 33. Необходимо отметить, что в интервале углов α от 70 до 80° полученные значения и производительности, и степени измельчения принимают достаточно высокий уровень.
2
1
2
1
2
1
По данным таблица 2 видно, что с увеличением соотношения длин L/L от 0 до 0,4 производительность плавно снижается от 42 до 33 кг/ч, и от 0,4 до 0,7 резко падает до 7 кг/ч. Степень измельчения с увеличением соотношения длин L/L на всем интервале от 0 до 0,7 интенсивно увеличивается от 0 до 36. Необходимо отметить, что в интервале соотношения длин L/L от 0,3 до 0,4 полученные значения и производительности, и степени измельчения принимают достаточно высокий уровень.
Полученные результаты подтверждают заявленный технический результат полезной модели.
ИСТОЧНИКИ
1. Измельчение органических материалов / Т.А. Гаврилов, Г.Н. Колесников; М-во образования и науки Рос. Федерации, Федер. гос. бюджет. образоват. учреждение высш. проф. образования Петрозавод. гос. ун-т. Петрозаводск: Издательство ПетрГУ, 2015. 127 с.
2. Описание изобретения к патенту RU 2070093 «Мясорубка» (Заплетников И.Н., Лебедев И.Н., Дмитриев В.П., Павлов М.Я., Дорош Д.Е., Кобилецкий А.В. Опубл.: 10.12.1996).
3. Комиссаров, С.С. Исследование процесса измельчения мясного сырья в волчках и разработка ножевых головок: дис. … канд. техн. наук: 05.18.12 / Комиссаров Сергей Сергеевич. Воронеж, 2003. 159 с.
4. Описание изобретения к патенту RU 2136370 «Устройство для измельчения мясокостного корма» (Барсов Н.А., Акмалходжаев И.И. Опубл.: 10.09.1999).
5. Описание полезной модели к патенту RU 129844 «Устройство для измельчения мясо-рыбных кормов» (Малинов Г.И., Кондратов В.Ф., Тихонов Е.А, Гаврилов Т.А. Опубл.: 10.07.2013).
6. Барсов, Н.А. Машины и оборудование, применяемые на зверофермах. Л.: Агропромиздат, 1986. 239 с.
7. Мельников, С.В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм. Л.: Колос, 1978. 560 с.