Основная часть
1. Общая информация
1.1 Основные положения теории измельчения твердых тел
Процесс уменьшения размеров исходного продукта до заданных размеров конечного продукта называют измельчением. Различают два вида измельчения:
дробление, при котором измельченный материал не имеет определенной формы;
резание, когда одновременно с уменьшением размера частицам придается определенная форма.
Измельчение пищевых продуктов широко применяют на предприятиях общественного питания при приготовлении панировочных сухарей, сахарной пудры, молотых специй, дробленых орехов, пюреобразных продуктов из вареных овощей, фруктов, творога; при нарезке овощей, мяса, хлеба, сыра, колбасы, ветчины, масла сливочного и других продуктов. При этом большая часть продуктов имеет структуру, легко поддающуюся деформации, и обладает значительной влажностью (плоды, овощи, фрукты, мясо, рыба, колбасные изделия, сыр, хлеб); небольшая часть имеет хрупкую структуру (высушенные зерна кофе, специй, сухари, соль, сахар и др.).
Разнообразие пищевых продуктов требует и различных способов их измельчения.
При выборе способа измельчения первостепенное значение приобретают такие свойства продукта, как упругость, вязкость, пластичность. Под упругостью понимается свойство продукта восстанавливать свои форму и размеры после прекращения воздействия на него внешней нагрузки, под влиянием которой они были изменены. Это свойство характеризуется модулем упругости. Исходя из этого все продукты, подвергаемые измельчению, не могут рассматриваться как упругие. Наличие у них таких явлений, как релаксация (падение напряжения при неизменной деформации) и ползучесть (рост деформации при постоянных нагрузках), позволяет отнести эти продукты к упругопластичным и вязкопластичным телам [1].
Кроме перечисленных свойств продуктов на процесс их измельчения влияют следующие физико-механические параметры: коэффициент Пуассона мп, коэффициент трения продукта f, разрушающее контактное напряжение укр.
В зависимости от характера действующих сил различают:
• измельчение раздавливанием - разрушением при сжатии;
• измельчение разрыванием - разрушением при растяжении;
• измельчение разламыванием - разрушением при изгибе;
• измельчение скручиванием - разрушением при кручении;
• измельчение истиранием - разрушением при сдвиге;
• измельчение резанием - разрушением при сжатии и сдвиге.
Тот или иной способ измельчения применяется в зависимости от цели, которая преследуется операцией, т.е. от вида продукта после его обработки.
На практике применяют, как правило, одновременно несколько способов измельчения: раздавливанием и истиранием, разламыванием и скручиванием, истиранием и резанием и т.д. Условно различают следующие размерные классы измельчения продуктов [2]:
• крупный: диаметр кусков продукта после измельчения 250 - 40 мм;
• средний: 40 - 10 мм;
• мелкий: 10 - 1 мм;
• тонкий: 1 - 0,1 мм;
• коллоидный: до 0,001 мм.
Процесс измельчения характеризуется степенью измельчения (i*)
i*=D / d, (1)
?
где D, d - средний размер кусков материала соответственно до и после измельчения.
Затраты энергии на измельчение зависят от физико-механических свойств продукта, особенностей технологического процесса, степени, условий и способа измельчения.
При грубом дроблении согласно закону Кирпичева - Кика работа пропорциональна объему V исходного материала (продукта) и рассчитывается по формуле, Н · м
A = KV = у2p · V / 2 · E, (2)
где К - коэффициент, численно равный работе, затрачиваемой на измельчение единицы объема, Н/м2;
у2p - напряжение, при котором происходит разрушение материала (продукта), Па;
Е - модуль упругости материала, Па.
При тонком измельчении согласно закону Риттингера работа на измельчение пропорциональна приращению поверхности измельчаемого материала (продукта), и ее можно определить по формуле, Н · м
А =KR · ДS, (3)
где KR - коэффициент, численно равный работе, затрачиваемой на приращение единицы новой поверхности, Н/м;
ДS - приращение поверхности измельчаемого материала, м2.
Поскольку закон Кирпичева-Кика учитывает работу, затрачиваемую на преодоление упругих деформаций разрушаемых кусков, и справедлив для крупного дробления, а закон Риттингера учитывает работу на приращение новой поверхности измельчаемого материала и справедлив для тонкого измельчения, то, объединив эти два закона, П.А. Ребиндер предложил обобщенный закон измельчения. В обобщенном законе учтена также работа затрачиваемая на разрушение рабочих органов измельчителя. Обобщенный закон П.А. Ребиндера записывается как, Н · м
A = A* + my · у?p · V / 2 · E + KR ·ДS · б, (4)
где А* - работа, затрачиваемая на разрушение рабочих органов измельчителя, Н · м;y - число циклов деформаций, обеспечивающих начало процесса дробления [2];
б - коэффициент, учитывающий степень и условия измельчения.
1.2 Классификация измельчительного оборудования
технологический измельчение оборудование
Все применяемое на предприятиях общественного питания измельчительное оборудование можно классифицировать по следующим основным признакам [1]:
• по функциональному назначению:
• для измельчения твердых пищевых продуктов (размолочные машины и механизмы);
• для измельчения мягких пищевых продуктов (протирочные машины и механизмы);
• для резания пищевых продуктов (овощерезательные машины, мясорубки, мясорыхлители, хлеборезки, машины резки гастрономических товаров и др.);
• по структуре рабочего цикла - периодического и непрерывного действия;
• по расположению рабочих органов - вертикальное и горизонтальное;
• по виду привода - с индивидуальным приводом и в качестве сменных механизмов [2].?
1.3 Основные требования, предъявляемые к измельчительному оборудованию
Общие требования, которым должна удовлетворять любая измельчительная машина (механизм), следующие:
• получение качественно измельченного продукта (измельченные на размолочных машинах твердые продукты должны иметь одинаковую степень измельчения без крупных кусочков;
• протертые на протирочных машинах продукты должны представлять собой однородную мелкозернистую массу, без комочков;
• измельченные на режущем оборудовании частицы должны иметь заданную форму, размеры и гладкую поверхность среза);
• возможность быстрого и легкого изменения степени измельчения;
• износостойкость рабочих органов, не допускающая попадания кусочков металла в измельчаемый продукт;
• отсутствие излишнего измельчения (перерасхода электроэнергии и ухудшение качества готового продукта);
• возможность немедленного удаления измельченного продукта из рабочей камеры;
• возможность быстрой и легкой замены изношенных рабочих органов и других частей;
• наличие предохранительных устройств, которые исключали бы производственный травматизм [1].
1.4 Техника безопасности при эксплуатации измельчительного и резательного оборудования
Измельчительное и резательное оборудование широко используется при предпродажной подготовке продуктов в розничной торговле и в системе общественного питания. Этот вид оборудования считается весьма опасным, так как в качестве рабочих органов применяются ножи, сегменты, терки, вальцы, лопасти, которые имеют острые режущие кромки и предназначены для распиловки костей, нарезки, измельчения, перемешивания мяса, овощей и других продуктов. Особая опасность заключается в том, что продукты для обработки подаются порциями в рабочую зону, где рабочие органы имеют высокие кинематические характеристики (скорость, частоту вибрации, ускорение и т.д.).
Основные виды травм, которые имеют место при эксплуатации измельчительно-резательного оборудования:
• возможность поражения электрическим током;
• механические травмы от воздействия открытых передач приводного механизма;
• порезы, проколы, переломы костей конечностей при попадании их в рабочую зону.
Персонал, обслуживающий измельчительное и резательное оборудование, в первую очередь должен знать его опасные зоны, которыми являются участки машин, где чаще всего возможны случаи травматизма при нарушении правил эксплуатации или техники безопасности. Опасные зоны бывают как снаружи, так и внутри машины. Наружные опасные зоны возникают в основном при наличии открытых передач приводного механизма. При эксплуатации измельчительного и резательного оборудования большую опасность создают не только рабочие органы, но и приводной механизм с электродвигателем. Поэтому мясорубки, электропилы, колбасорезки, хлеборезки и другие машины требуют от обслуживающих лиц особого внимания. К эксплуатации измельчительного и резательного оборудования допускаются лица, сдавшие техминимум и прошедшие инструктаж по технике безопасности [3].
Прежде чем начать работу на машине, ее необходимо осмотреть, проверить правильность сборки, надежность крепления узлов и механизмов, состояние ограждения, а также зануление, или заземление, корпуса. Следует обратить внимание на исправность электрической проводки и рубильников. В случае выявления напряжения на корпусе машины, искрения проводки или других дефектов эксплуатировать машину до их устранения запрещается. При обнаружении признаков ненормальной работы машины ее необходимо остановить, отключить от электрической сети и повесить табличку: «Не включать, неисправно!». Устранение неисправностей электромотора, проводки, выключателей должен производить специалист-электрик.
Во время работы мясорубок запрещается проталкивать мясо руками, а пользоваться только специальными деревянными толкателями. Для предупреждения травм все мясорубки с диаметром горловины загрузочной воронки от 45 мм и выше должны иметь предохранительные кольца, которые устанавливают над входным отверстием.
Повышенную опасность представляет резательное оборудование, у которого зона обслуживания находится вблизи от невидимого движущегося ножа. К этому оборудованию относят хлеборезки с дисковыми ножами, а также колбасорезки.
Строго запрещается работать на измельчительных и резательных машинах при снятом верхнем кожухе, отсутствии конечного выключателя и снятом механизме заточки.
Готовность машины к работе проверяют, вращая вручную установочный диск. Машина считается исправной, если во время полного оборота дискового ножа по большей орбите все звенья работают без помех, излишнего стука и трения. Исправность концевого выключателя проверяется при работе машины на холостом ходу.
Категорически запрещается при включенном электродвигателе снимать щетки с дискового ножа, направлять и проталкивать заправленный продукт.
В процессе эксплуатации машин для нарезания гастрономических продуктов возникает необходимость заточки ножа. Чтобы заточить нож, нужно обязательно выключить электродвигатель, снять лоток для укладки продукта и защитный щиток. Затем следует установить заточное устройство на крышке, надежно закрепить его зажимом и включить электродвигатель. После заточки электродвигатель выключают, снимают заточное устройство и ставят на место щиток. Нож очищают от пыли и загрязнений деревянной лопаточкой с навернутой на нее чистой полотняной тряпкой и моют горячей водой при выключенном двигателе.
После окончания работы машину выключают. Рядом с машиной размещают плакаты и предупредительные надписи по технике безопасности [1].
?
2. Анализ эффективности работы аппаратов
Из предложенного перечня оборудования базы отдыха «Анапа» (приложение, таблица 1), к измельчительному оборудованию можно отнести следующие позиции:
• Кофемолка black;
• Мясорубка настольная ТМ-32М;
• Мясорубка МИМ 300;
• Измельчитель овощей «гамма-5А» с протирочным устройством;
• Машина для переработки овощей – овощерезка МПО 1-02;
• Машина протирочно-резальная МПР-350-00;
• Слайсер FA-250;
• Хлеборезка;
Рассмотрим каждую позицию отдельно и предложим варианты замены с возможным повышением эффективности.
2.1 Мясорубки
Мясорубка настольная ТМ-32М
Рисунок 1
Производительность – 200 кг/час. Мясорубка ТОРГТЕХМАШ ТМ-32М используется на предприятиях общественного питания и торговли для измельчения мясной и рыбной продукции при производстве фарша или же для повторного измельчения продукции и изготовления купат или колбас [4].
Конфигурация - полный унгер. В модели предусмотрена функция реверса, что позволяет не разбирать мясорубку, если на шнек намотались жилы или внутри застряла кость.
Мясорубка МИМ 300 М
Рисунок 2
Мясорубка Торгмаш МИМ-300М используется на предприятиях общественного питания, торговли, а также в производственных цехах, деятельность которых связана с выпуском гастрономических товаров, для измельчения мяса и рыбы на фарш, повторного измельчения котлетной массы и набивки колбас. Корпус выполнен из алюминия, облицовка - из нержавеющей стали [5].
