4.2.1 Mục ích và phạm vi ứng dụng
- Cắt là một trong những phƣơng pháp làm nhỏ nguyên liệu đƣợc thực hiện bằng lƣỡi dao, bàn dao, dao thanh răng (hay lƣỡi cƣa). Trong công nghiệp thực phẩm thƣờng gặp quá trình cắt thái nguyên liệu trong sản xuất đồ hộp rau quả, đồ hộp thịt cá, CN chế biến các sản phẩm lạnh đông.
- Hiệu quả của quá trình cắt thái: phụ thuộc trƣớc hết vào bộ phận dao cắt (phụ thuộc kiểu và dạng lƣỡi dao) và theo đặc điểm chuyển động của lƣỡi dao. Đồng thời cần chú ý đến mục đích chủ yếu của quá trình cắt thái, yêu cầu về kích thƣớc, hình dạng và bề mặt của miếng cắt. Qui trình cắt không để lại phế liệu. Vì vậy máy cắt dùng trong CNTP phải có những yêu cầu sau:
- Cấu tạo dao phải cho phép thay đổi đƣợc chiều dày hoặc chiều rộng của sản phẩm (mà không cần thay dao).
- Dao phải tách đƣợc các cục sản phẩm mà không bứt xé chúng ra, không làm biến dạng rõ rệt sản phẩm ban đầu và không làm nƣớc ép nƣớc trong sản phẩm chảy ra.
-Dao phải giữ đƣợc chất lƣợng của sản phẩm ban đầu.
* Đặc trƣng của quá trình cắt: Quá trình cắt đƣợc đặc trƣng bằng sự chuyển động tƣơng đối của lƣỡi dao và sản phẩm. Trong đó đồng thời xảy ra 2 chiều: Trực giao và song song với lƣỡi dao.
Nếu gọi: vn là tốc độ cấp liệu (hoặc tốc độ tiến vào sản phẩm của lƣỡi dao). : vt là tốc độ trƣợt của nó lên sản phẩm.
vt = tg vn
: Góc trƣợt; đóng vai trò quan trọng trong quá trình cắt và ngƣời ta gọi tg là hệ số trƣợt (có sách gọi là hệ số cắt)
Qua nghiên cứu nến hệ số trƣợt càng lớn thì bề mặt cắt càng nhẵn và vỡ nát càng ít.
Cắt có thể là chặt hoặc thái. Nếu vt = 0 quá trình cắt sẽ trở thành chặt. Vì vậy, chặt là trƣờng hợp đặc biệt của thái.
4.2.2 Cơ cấu của 1 máy cắt
- Có thể chỉ là 1 dao hay gồm 1 bộ dao lắp trên 1 hay vài trục song song, sản phẩm đƣa vào phía dao bằng cách cho ăn dao cƣỡng bức hay tự ăn dao.
Cấu tạo lƣỡi dao: Có thể gồm có các loại nhƣ sau: -Dao đĩa răng;
-Dao đĩa có lƣỡi nhẵn; - Dao hình côn;
-Dao hình lƣỡi liềm;
-Cƣa, dao 3 góc, dao xoắn ốc;
Hình 4.2.2. Hình dạng dao và lƣỡi cƣa
a) dao đĩa răng b) dao đĩa có lƣỡi nhẵn c) dao hình côn d,e) dao hình lƣỡi liềm f) dao dạng bản g) cƣa dạng băng h) dao ba góc i) dao xoắn ốc
Phân loại máy cắt:
Theo hình dạng của mặt phẳng phân chia, ngƣời ta phân biệt máy để cắt : -Theo một hay vài mặt phẳng thẳng song song,
-Theo bề mặt cong
-Theo hình dạng xác định của cục vật liệu. -Theo nghiền nhỏ hay nghiền mịn.
4.2.2.1 Máy cắt theo một hay vài mặt phẳng thẳng song song
- Dùng dao đĩa, phẳng, lƣỡi liềm, dạng bằng chúng đƣợc truyền chuyển động quay, tĩnh tiến hay phức tạp. Để đƣa sản phẩm vào và lấy sản phẩm ra thì dùng trọng lực, đƣa liệu cƣỡng bức hay tự kéo.
Hình 4.2.2.1.Sơ đồ các bộ phận làm việc của máy dùng để cắt theo mặt phẳng ( Thiết bị thực phẩm – TS.Trƣơng Thị Minh Hạnh)
- Trên sơ đồ hình 4.2.2.1-a là sơ đồ máy đĩa đƣa sản phẩm cƣỡng bức nhờ 1 băng tải đặt nằm ngang (khi cắt thịt) hoặc nghiêng (khi cắt cá). Tốc độ vòng của lƣỡi dao tƣơng ứng vt, tốc độ cấp liệu là vn. đặt sản phẩm trên mặt bằng làm việc của băng tải đƣợc tiến hành tự do hay dùng lực tỳ vào tấm đẩy lắp trên tấm băng . Trƣờng hợp thứ nhất vt vn việc cắt đứt làm biến dạng sản phẩm khá lớn. Trƣờng hợp thứ 2,
làm các vấu tựa để giữ sản phẩm cố ñịnh thì lúc đó vt >> vn, sản phẩm ít biến dạng hơn nhiều.
- Cơ cấu cắt này gồm có một, hai hay vài đĩa lắp trên một, hai hay nhiều trục. Có thể dùng máy cắt nhiều cƣa có dao đĩa trong trƣờng hợp cắt vật rắn hay các sản phẩm dạng dẻo, cục nhỏ.
- Trên sơ đồ 3.14-b là sơ đồ bộ phận làm việc của máy nhiều dao để cắt sản phẩm dẻo. Nó gồm trục 1 có bộ dao đĩa 2 lắp ráp với bƣớc xác ñịnh và trục 3 của thùng quay 4, theo bề mặt cắt của thùng có rãnh vòng đảm bảo cắt đứt sản phẩm. Thùng quay 4 dùng để cấp liệu. Tốc độ vòng của nó tƣơng ứng với tốc độ cấp liệu vn, còn tốc độ vòng của trục 1 tức là tốc độ trƣợt của lƣỡi dao vt. Tỉ lệ :
vt : vn = 3 - 5.
- Chiều dày lớn nhất của thịt cắt quyết định chiều rộng của khe δ. Năng suất của cơ cấu tính bằng :
s : Chiều rộng khe (m).
l : Chiều dài của khe để sản phẩm đi qua 1 cách tự do m vn : độ ăn dao (m/s).
- Trên hình 4.2.2.1-c là cơ cấu làm việc với các dao đĩa lắp trên một trục, và sản
.phẩm tự ăn dao qua vùng làm việc. Tự ăn dao đƣợc đảm bảo bằng ma sát sinh ra giữa sản phẩm và các dao đĩa. Ở đây, momen lực cắt phải nhỏ hơn momen lực ma sát xuất hiện trên bề mặt tiếp xúc của dao với sản phẩm.
- Trên hình 4.2.2.1- e là sơ đồ cấu tạo của cơ cấu làm việc có dao đĩa lắp trên 2 trục song song và sản phẩm tự ăn dao qua vùng làm việc. Tự ăn dao đƣợc đảm bảo bằng ma sát sinh ra giữa sản phẩm và dao lắp đối xứng đối với đƣờng trục của rãnh nạp sản phẩm. Tốc độ cho nguyên liệu ăn dao sẽ nhỏ nhất ở thời điểm ăn dao trung bình khi ngập hết nửa thứ nhất của đĩa và lớn nhất khi sản phẩm chứa vầy hoàn toàn tiết diện của rãnh nơi đặt đĩa.
- Trên hình 4.2.2.1-.f là sơ đồ các bộ phận làm việc của máy cắt có cƣa dạng bằng. Ở đây băng chuyển vộng với tốc vộ vt cắt sản phẩm vừa vào băng tải với vận tốc vn. Bánh đai chủ động, đặt phía dƣới, còn bánh đà kéo căng thì ở phía trên. Trên máy có thể lắp một hay một số lƣỡi cƣa làm việc đồng thời hoặc nối tiếp nhau.
- Để cắt xà phòng, keo xƣơng, trứng luộc và những sản phẩm tƣơng tự cùng loại có trở lực cắt nhỏ, ngƣời ta dùng chi tiết cắt là những dây kéo căng 1 (hình 4.2.2.2) buộc chặt trên khung 2. Đôi khi khung đƣợc truyền chuyển động dao động thành thái
(cắt trƣợt).
Hình 4.2.2.2: Sơ đồ máy để cắt xà phòng và các sản phẩm nhƣ trứng, keo xƣơng
4.2.2.2 Máy ể cắt sản phẩm theo bề mặt cong:
- Gồm có các loại dao hình côn, hình cầu, xoắn ốc hay loại dao tổ hợp, đảm bảo khi đƣa sản phẩm vào thì tạo hình phôi phân chia theo đƣờng cong bề mặt.
- Trên sơ đồ hình 4.2.2.2 -a là sơ đồ cấu tạo và làm việc của cơ cấu dao hình côn, đảm bảo chia phần sản phẩm theo bề mặt hình trụ. Ở đây tốc độ vòng của đĩa tƣơng ứng với vt, còn tốc ñộ cấp nguyên liệu cho đĩa hay tốc độ ấn dao vào sản phẩm tƣơng ứng với vn. Để cắt có chất lƣợng theo tỉ lệ của chúng nằm trong giới hạn 30- 50
- Trên hình 4.2.2.2 -b là sơ đồ cấu tạo của cơ cấu cắt với dao hình cầu đƣợc truyền chuyển động quay xung quanh trục nằm ngang XX với tốc độ vòng vt = R và đƣa sản phẩm vào hay quay dao xung quanh trục thẳng đứng với tốc độ trung bình vn = R1. Vì dao hình cầu nên hệ số trƣợt khi cắt KC = : 1, trong đó và 1 là các
tốc độ góc quay tƣơng ứng.
- Trên hình 4.2.2.2 - c là sơ đồ nguyên lý về cấu tạo và sự làm việc của dao xoắn ốc. Cấu tạo của dao nhƣ thế ñảm bảo lấy đƣợc phoi mỏng khi tốc độ cấp liệu không lớn.Tỉ lệ giữa tốc độ vòng của dao vt và tốc độ đƣa sản phẩm vào vn là K= 40- 50. Chiều dày phoi cắt ra là 0,3-0,6 mm
- Trên hình 4.2.2.2 - d là sơ đồ dao nhiều mặt dùng vể cắt củ cải đƣờng trƣớc khi cho vào thiết bị khuếch tán. Cấu tạo của dao nhƣ vậy để có phoi dạng hình máng đủ bền, tránh sự đóng tảng của nguyên liệu khi chất đầy trong thiết bị khuếch tán.
4.2.2.3 Máy ể phân chia sản phẩm ra thành từng miếng có hình dạng và kích thƣớc xác ịnh:
- Dùng để cắt sản phẩm ban đầu ra thành từng mẫu nhỏ dƣới dạng lát, tấm, khoanh, cục nhỏ, thanh, sợi, miếng lập phƣơng.
- Trên hình 4.2.2.3.1 - a,b là sơ đồ nguyên lý về cấu tạo và sự làm việc của các máy cắt thành từng cục nhỏ hay thành từng lát. Bộ phận làm việc gồm buồng 1 để cấp nguyên liệu vào, có hình dạng nhƣ 1 cái chêm, đảm bảo ép đều sản phẩm và hƣớng sản phẩm vào bộ phận dao cắt. Bộ phận dao cắt gồm đĩa 2 nằm ngang (a) hay thẳng đứng (b) có gắn dao 3.Ở máy (a) có dao hình răng lƣợc và phẳng, còn ở máy (b) thì dao phẳng. Sản phẩm sau khi cắt đƣợc lấy ra qua cửa (4) nhờ trọng lƣợng bản thân của nó. Trong máy (a) dao lắp vuông góc với hƣớng chuyển động và thực hiện chặt ở mày (b) thì dao đặt dƣới 1 góc đối với bán kính và hình thành quá trình thái.
- Trên hình 4.2.2.3.1 c là sơ đồ cơ cấu đĩa để cắt sản phẩm ra thành sợi. ở đây trên mặt đĩa dập hình các chi tiết cắt dao hình trái xoan, còn lỗ thì hình tròn để đảm bảo cắt ra có hình sợi
Hình 4.2.2.3.1. Sơ đồ các bộ phận làm việc của các máy dùng để cắt thành lát, khoanh, thanh và thành sợi
thành miếng lập phƣơng trong đó:
Các cơ cấu làm việc cắt sản phẩm ra thành lát (tấm):Sơ đồ hình a,b.Trong trƣờng hợp thứ nhất a), việc cắt tiến hành bằng dao tấm 1. Dao này truyền chuyển động dao động. Trƣờng hợp b, việc cắt lát tiến hành bằng dao đĩa 1. Sản phẩm đƣợc đƣa vào nhờ cặp trục 2, 3 lắp trên gối đỡ di động, còn trục quay 3 thì lắp trên gối đỡ cố định.
Các cơ cấu làm việc dùng để cắt sản phẩm ra thành miếng lập phƣơng hay hình hộp ( hình 4.2.2.3.2 - c và d ). Sơ đồ 4.2.2.3.2 - c gồm 2 bộ dao tấm 1 và 2 và dao hình lƣỡi liềm 3. Sơ đồ 4.2.2.3.1 d gồm 2 bộ dao đĩa 1,2 và một dao hình lƣỡi liềm 3. Kích thƣớc của miếng lập phƣơng đƣợc xác định bằng khoảng cách giữa 2 bộ dao thứ nhất và theo vòng quay của dao hình lƣỡi liềm.
Năng suất của các cơ cấu phân chia sản phẩm ra thành cục có hình dạng nhất định. Q=f*vsp(m3/s).(13
Trong đó
f :Diện tích tiết diện sống của lớp sản phẩm chuyển động qua cơ cấu cắt (m2). vsp : Tốc độ cấp sản phẩm (m/s).
Hình 4.2.2.3.2. Sơ đồ các máy dùng để cắt thành tấm, thành cục nhỏ và thành miếng lập phƣơng
4.2.3 Nguyên lý làm việc và ƣu nhƣợc iểm của máy
Hình 4.2.3Nguyên lý máy cắt thịt hạt lƣu
Nguyên lý làm việc 4.2.1.1
- Dựa trên các nguyên lý cắt của các máy đã nêu ta đƣa ra nguyên lý hợp lý nhất: Phôi đƣợc cấp vào băng tải (1) nhờ vào chuyển quay của băng tải, phôi đƣợc đƣa đến thớt chặt (2),lúc này dao lƣỡi liềm (3) quay tròn chặt xuống kết hợp với thớt chặt (2) làm đứt miếng thịt thành từng sơi. Sau đó các sợi thịt sẽ rơi vô thớt (5) đi qua cụm dao đĩa cắt thịt thành từng khối có kích thƣớc xác định.
4.2.1.2 Ƣu và nhƣợc iểm của máy
Ƣu điểm:
- Phƣơng pháp đơn giản;
- Tiện lợi, có thể thực hiện một cách nhanh chóng; - Không kén chọn không gian;
- Năng suất cao;
- Khó chế tạo;
Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy
5.1 Tính chọn ộng cơ:
5.1.2 Sơ ồ kết cấu máy cắt thịt:
- Sơ đồ máy cắt thịt, cá kiểu dao đĩa. Vật liệu cắt đƣợc cung cấp cƣỡng bức vào bộ phận cắt nhờ băng truyền đặt nằm ngang.. Dao cắt có dạng đĩa tròn, gồm một số đĩa lắp trên một trục đặt vuông góc với hƣớng chuyển động của nguyên liệu. Muốn có chất lƣợng lát cắt tốt, vật liệu ít biến dạng thì vận tốc dao phải từ 30 – 40 m/s và tỷ số truyền vận tốc vòng của dao Vt và vận tốc của vật liệu Vn thƣờng lấy bằng 20 30.
Ta có Vt = n d 40m/s
1000 => n = 200 (v/ph).
5.1.2 Tính công suất ộng cơ:
-Đối với các máy cắt :
Năng suất máy cắt có thể xác định theo phƣơng trình động học của quá trình cắt hay theo khả năng cho vật liệu đi qua cơ cấu cắt.
-Đối với bất kỳ máy cắt nào, trong quá trình làm việc đều tạo ra các bề mặt mới của vật liệu đem gia công. Vì vậy, năng suất máy đƣợc xác định theo công thức:
) 1 (
r
F
f- khả năng cắt của dao, đƣợc xác định bằng diện tích dao cắt đƣợc trong một đơn vị thời gian, m2/s.
- hệ số sử dụng khả năng cắt của dao.
Fr- bề mặt mới đƣợc tạo thành khi cắt 1kg sản phẩm, m2/kg;
- tỉ lệ thời gian của các nguyên công phụ với thời gian cắt, với máy cắt liên tục = 0.
Khi tính toán thiết kế máy cắt thì kích thƣớc, số dao, tốc độ chuyển động của chúng đƣợc xác định theo F thông qua các biểu thức sau:
- Đối với máy cắt nhiều đĩa (hay nhiều băng): F = hvnz, m2/s
h - là chiều dài trung bình của nguyên liệu cắt, m; vn- tốc độ cấp liệu, m/s; z - số dao. F = 0.01*1.04.*21 = 0.218 Từ (1) và (2) ta có: Fr = 7.85 100 218 . 0 * 1 * 3600 ) 1 ( 100 3600 f
Công suất máy cần thiết của động cơ đối với máy cắt đƣợc xác định theo công thức: N = c d r nFQ W 1000 , kW Wn- lực cản cắt pháp tuyến, N/m; Q- năng suất máy, kg/s
d
- hiệu suất của dao phụ thuộc chủ yếu vào chi phí năng lƣợng do ma sát của dao với vật liệu cắt.
c
- hiệu suất cơ khí phụ thuộc chủ yếu vào ma sát trong các bộ phận truyền động, bánh răng, xích, gối đỡ,.. N = 0.78kw 1000 100 * 85 . 7
Vậy chọn động cơ điện với: n = 1450 v/ph. P = 1.1 kw.
5.2.1 CÁC LOẠI BÁNH ĐAI VÀ ĐAI A/ Các loại ai :
Vật liệu làm đai phải thỏa mãn các yêu cầu nhƣ có đủ độ bền mỏi và bền mòn, hệ số ma sát tƣơng đối lớn và có tính đàn hồi cao ( môdun đàn hồi thấp ).
Trong các vật liệu tự nhiên, chỉ có đai da loại tốt là thõa mãn các yêu cầu trên. Đối với đai làm vật liệu tổng hợp, để đảm bảo đai có đủ độ bền, các lớp chụi tải trọng chính đƣợc làm bằng sợi vải bện hoặc sợi kim loại, bố trí theo mặt trung hoà của đai. Lớp vỏ bọc của đai đƣợc làm bằng vật liệu có hệ số ma sát cao, chẳng hạn nhƣ cao su.
Các loại ai dẹt :
Đai da làm việc bền lâu, khả năng tải cao, chụi va đập tốt. Đai da rất bền mòn nên làm việc tốt trong các bộ truyền chéo. Nhƣợc điểm của đai da là giá đắt, không dùng đƣợc ở nơi có axít, ẩm ƣớt, cho nên hiện nay ít dùng.
Đai vải cao su gồm nhiều lớp vải và cao su đƣợc sunfua hóa. Đai vải cao su có độ bền cao, đàn hồi tốt, ít chụi ảnh hƣởng của thay đổi nhiệt độ và độ ẩm. Do đó hiện nay đai vải cao su đƣợc dùng rộng rải, dùng để truyền tải trọng tƣơng đối ổn định. Không nên cho dầu dây vào đai vải cao su vì dễ làm hỏng cao su. Loại đai này không chụi đƣợc va đập mạnh.
Đai sợi bông có hai loại : đai dệt dày và đai khâu nhiều lớp. Đai sợi bông có khối lƣợng nhỏ, giá rẻ, dùng thích hợp ở các truyền động có vận tốc cao, công suất nho.