решетка с обеспечением жиловки к устройству для измельчения мясокостного сырья

Формула изобретения

Решетка с обеспечением жиловки к устройству для измельчения мясокостного сырья, представляющая собой диск с центральным посадочным гнездом для его крепления и отверстиями, расположенными по концентрическим рядам в пазах, выполненных по всей длине диска тангенциально наклоненными к центральному посадочному гнезду и имеющих в поперечном сечении форму полукруга с диаметром, превышающим диаметр пропускных отверстий, отличающаяся тем, что пазы выполнены по кривой, полученной аппроксимацией ломаной линии, описываемой уравнением

где - угловая скорость вращения частицы вместе с пером ножа, рад/с; х, у - координаты частицы продукта; f₁, f₂ - соответственно коэффициенты трения продукта о поверхность решетки и перо ножа; g - ускорение свободного падения м/с ² (g=9,81 м/с²), ₀ - угол наклона паза относительно радиального направления,

с учетом условия

где r₀ - радиус вращения частиц, м.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к конструктивным элементам устройств измельчения мясокостного сырья.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности к решаемой задаче является решетка к устройству для измельчения мясокостного сырья [а.с. №2203139, В 02 С 18/36, Бюл. №12, Бюл. №8, опубл. 27.04.2003], содержащая диск с центральным посадочным гнездом для его крепления и отверстиями, расположенными по концентрическим рядам в пазах, выполненых по всей длине диска тангенциально наклоненными к центральному посадочному гнезду и имеющих в поперечном сечении форму полукруга с диаметром, превышающим диаметр пропускных отверстий.

Недостатком известной решетки является то, что по мере движения продукта по пазу решетки сила нормального давления постоянно возрастает и, как следствие, имеются большие значения силы трения движения частиц по пазу, что приводит к задержке выхода частицы из него.

Технической задачей изобретения является обеспечение беспрепятственного движении частицы по пазу решетки с минимальной силой трения при жиловке в устройстве для измельчения мясокостного сырья с целью повышение эффективности работы волчка путем осуществления максимальной скорости движения частицы на его выходе, что обеспечивает своевременное освобождение от включений костей и жил.

Техническая задача достигается тем, что в решетке с обеспечением жиловки к устройству для измельчения мясокостного сырья, представляющей собой диск с центральным посадочным гнездом для его крепления и отверстиями, расположенными по концентрическим рядам в пазах, выполненных по всей длине диска тангенциально наклоненными к центральному посадочному гнезду и имеющих в поперечном сечении форму полукруга с диаметром, превышающим диаметр пропускных отверстий, новым является то, что, пазы выполнены по кривой, полученной аппроксимацией ломаной линии, описываемой уравнением

где - угловая скорость вращения частицы вместе с пером ножа, рад/с; х, у - координаты частицы продукта, f₁, f₂ - соответственно коэффициенты трения продукта о поверхность решетки и перо ножа, g - ускорение свободного падения м/с ² (g=9,81 м/с²), ₀ - угол наклона паза относительно радиального направления,

с учетом условия,

где r₀ - радиус вращения частиц, м.

Технический результат заключается в обеспечении беспрепятственного движения частицы по пазу решетки с минимальной силой трения при жиловке в устройстве для измельчения мясокостного сырья, в результате чего повышается эффективность работы волчка путем осуществления максимальной скорости движения частицы на его выходе, что обеспечивает своевременное освобождение от включений костей и жил.

На фиг.1 представлена модель процесса движения частицы продукта при жиловке в пазу решетки; на фиг.2 - кинематические и динамические характеристики движения частицы: 1 - ускорение W частицы; 2 - нормальное давление N/m; 3 - скорость частицы; на фиг.3 - зависимость скорости частицы от конструктивных и режимных параметров решетки: 1 - скорость частицы при n=4,299 с^-1; 2 - скорость частицы при n=4,16 с^-1; 3 - скорость v частицы при n=4,021 с^-1; на фиг.4 - общий вид предлагаемой решетки с обеспечением жиловки к устройству для измельчения мясокостного сырья; на фиг.5 - ножевая головка волчка.

Решетка с обеспечением жиловки к устройству для измельчения мясокостного сырья (фиг.4) выполняется в виде диска 1 постоянной толщины с плоской поверхностью 2, центральным посадочным гнездом 4 для его крепления и отверстиями 5, расположенными по концентрическим рядам. При этом на поверхности 2 диска 1, по всей его длине, выполнены криволинейные пазы 3 (фиг.4), имеющие в поперечном сечении форму полукруга с диаметром D, превышающим диаметр d отверстий 5.

Для описания вида криволинейных пазов рассмотрим модель (фиг.1) движения частицы продукта (материальной точки) по перу ножа 11 (фиг.5).

Рассмотрим движение частицы на этапе между выходной решеткой 6 и ножом 11 (фиг.5). Движение продукта в этом пространстве является сложным движением. В качестве относительного движения принимаем движение продукта по поверхности решетки, переносного - вращение частицы массой m вместе с пером ножа 11.

В относительном движении (фиг.1) на частицу действуют сила тяжести нормальная реакция со стороны решетки нормальная реакция со стороны грани паза соответствующие силы трения и а также переносная сила инерции и кориолисова сила инерции

В этом случае векторное уравнение относительного движения имеет вид

где - ускорение частицы

Проецируя уравнение (1) на декартовы оси координат Oxyz, получим дифференциальное уравнение относительного движения системы в проекциях на эти оси

Так как движение частицы относительно оси Oz ограничено поверхностью направляющей, то равнодействующая сил равна нулю

следовательно, из уравнения (2)

где m - масса частицы продукта, кг; g - ускорение свободного падения (g=9,81 м/с²).

Движение продукта относительно оси Оу также ограничено направляющей и равнодействующая проекций сил, действующих на частицу продукта в относительном движении, на ось Оу равна нулю, то есть

Из уравнения (5) найдем величину силы нормального давления направляющей на частицу

Как известно, переносная сила инерции равна

где - угловая скорость вращения частицы вместе с пером ножа, рад/с; r - радиус вращения частиц, м.

А кориолисова сила инерции

где - относительная скорость частицы, м/с.

Тогда уравнение (6) после преобразований примет вид

Так как угол между векторами относительной скорости частицы и угловой скорости вращения равен 90°, то уравнение (9) перепишется в виде

Согласно гипотезе Амонтона-Кулона сила трения прямо пропорциональна величине силы нормального давления и направлена в сторону, противоположную движению

где f₁=f₂ - соответственно коэффициенты трения продукта о поверхность решетки и перо ножа (для материалов мясо-сталь f₁=f₂=0,37).

Тогда дифференциальное уравнение относительного движения частицы запишется следующим образом

Рассмотрим ОАВ (фиг.1), в котором OAB=. Тогда по теореме о перекрещивающихся углах имеем

Подставляя систему (14) в уравнение (13) и сокращая все выражение на m, получим

Рассмотрим ОСВ (фиг.1), в котором OCB= ₀ - угол наклона паза относительно радиального направления, тогда

Подставляя систему (16) в уравнение (15), получим окончательный вид дифференциального уравнения относительного движения частицы продукта на этапе между промежуточной, выходной решетками и ножом.

Полученное дифференциальное уравнение (17) второго порядка является нелинейным и аналитического решения не имеет. Поэтому для его решения воспользуемся численным методом Рунге-Кутта четвертого порядка. Для этого приведем данное дифференциальное уравнение второго порядка к системе нелинейных дифференциальных уравнений первого порядка

Решение полученной системы нелинейных дифференциальных уравнений позволило получить зависимость скорости частицы от конструктивных и режимных параметров решетки и ножа, которая представлена на фиг.2.

Величина ускорения W, как видно из графика (кривая 1), уже в начальный момент времени достигает значения 750 м/с². Это означает, что обрабатываемый продукт испытывает действие центробежного поля. В начале движения частицы по перу ножа наблюдается некоторое снижение величины ускорения W, но по мере движения и возрастания центробежной силы инерции наблюдается резкий рост значений ускорения W.

Из фиг.2 видно, что скорость частицы (кривая 3) вследствие большого ускорения W непрерывно возрастает и достигает за короткий промежуток времени больших значений: от 0,5 м/с в начальный промежуток времени до 13 м/с на выходе из волчка, что обеспечивает высокую производительность волчка по удалению жил и костных включений. Такой рост величины скорости движения частиц объясняется еще более резким возрастанием ускорения W частиц за тот же промежуток времени.

Из анализа кривой 2 видно, что по мере движения продукта по пазу решетки сила нормального давления N/m постоянно возрастает. Большие значения нормального давления N/m и, как следствие, большие значения силы трения. Поэтому перспективным направлением совершенствования процесса жиловки является создание такой конструкции решетки, в которой жиловка осуществляется при движении частицы по пазу с минимальной силой трения.

Из анализа зависимости следует, что при увеличении угла наклона паза ₀ в отрицательном направлении (против направления вращения ножа) величина скорости частицы на выходе из канала будет увеличиваться. Поэтому для получения максимальной скорости выхода частицы из волчка целесообразно увеличить угол наклона ₀ паза к радиальному направлению. Но при определенном значении угла ₀ в начальный момент времени может произойти отрыв частицы от паза, что недопустимо по условию ведения процесса. Из математической модели движения материальной точки в пазе решетки условие безотрывного движения частицы будет выглядеть следующим образом:

После преобразований получим

Решая уравнение (17) с учетом условия (20), получим форму паза в виде ломаной кривой, угол наклона отдельных прямолинейных участков которой ₀ будет увеличиваться в отрицательном направлении. Аппроксимируя полученную ломаную линию, получаем следующий результат - оптимальной формой паза будет являться плавная кривая, близкая по форме к логарифмической кривой. При таких конструктивных параметрах винтовой направляющей будет наблюдаться максимальная скорость движения частицы на выходе из волчка и беспрепятственное движение частицы по пазу решетки. Решетка 6 (фиг.5) с такими пазами размещается на выходе ножевой головки волчка, которая имеет корпус 7, шнек 8, приемную 9 и промежуточную 10 решетки, а также ножи 11.

Устройство с решеткой работает следующим образом.

При вращении ножа 11 (фиг.5) его режущие кромки перемещают костные включения и жилы по концентрическим рядам решетки (фиг.4) до момента попадания их в пазы 3 полукруглой формы, диаметр D которых превышает диаметр d пропускных отверстий 5. В результате воздействия ножа 11 (фиг.5) костные включения и жилы в зависимости от направления вращения ножа перемещаются по криволинейным пазам 3 (фиг.4), после чего удаляются из устройства.

Преимущество предлагаемой решетки заключается в том, что выполнение паза в виде кривой, полученной аппроксимацией ломаной линии, описываемой уравнением

с учетом условия

позволяет обеспечить беспрепятственное движение частицы по пазу решетки с минимальной силой трения при жиловке в устройстве для измельчения мясокостного сырья, что ведет к повышению эффективности работы волчка путем осуществления максимальной скорости движения частицы на его выходе, что обеспечивает своевременное освобождение от включений костей и жил.