Лабораторная работа № 2 испытание взбивальной машины

Цель работы. Изучить принцип действия и конструкцию взбивальных машин и механизмов, наиболее распространенных в об­щественном питании, определить их производительность, мощ­ность и охарактеризовать физические свойства продуктов до и после взбивания.

Основные сведения. Цель механического перемешивания — об­разование нового продукта в виде однородной массы, состоящей из отдельных частичек разнородных продуктов. Если перемеши­вание сопровождается насыщением продукта мельчайшими пу­зырьками воздуха, то такой процесс называют взбиванием.

В предприятиях общественного питания для перемешивания и взбивания жидких смесей применяют взбивальные машины и ме­ханизмы, имеющие вертикально расположенную неподвижную рабочую камеру и взбиватели, вращающиеся вокруг своей оси и оси приводного вала.

Действительная производительность (кг/с) взбивальных машин и механизмов

, (2.1)

Где m- масса продукта, подвергающегося взбиванию, кг; Т- время цикла обработки порции продукта,с.

Теоретическая производительность Q_т взбивальных машин и механизмов будет зависеть от объема рабочей камеры V₀, плотно­сти продукта ρ, коэффициента заполнения рабочей камеры φ и времени загрузки, обработки (взбивания) и выгрузки продукта t_з, t_о, t_в:

(2.2)

Объем рабочей камеры (м³) приближенно можно определить по формуле:

(2.3)

Где D – диаметр цилиндрической части бачка, м; d- диаметр днища бачка, м; H- высота цилиндрической части бачка, м; h’- высота суженной части бачка, м.

Коэффициент заполнения рабочей камеры:

, (2.4)

где m₀-предельная масса продукта в рабочей камере, кг; m₀=V₀ρ.

Плотность продукта до взбивания, а также после взбивания ρ_i , определяется по формуле:

, (2.5)

где m_i- масса порции продукта, кг; V –объём порции продукта, м³ (задаётся преподавателем, например V=100 мм³).

Плотность продукта определяют студенты, обучающиеся по специальности 271200.

Полезная мощность машины (Вт)

N_пол= N_общ- N_х.х. (2.6)

Теоретическая мощность N_Т взбивальных машин и механиз­мов зависит от многих факторов: физических и реологических свойств продуктов, формы, размеров и скорости движения взбивателей и др.

Приближенно теоретическую мощность можно определить по формуле:

, (2.7)

Где N- мощность, необходимая для преодоления сил межмолекулярного сцепления между частицами продукта, Вт;

; (2.8)

P_сопр- сила сопротивления, оказываемого средой движущемуся взбивателю, Н;

; (2.9)

ξ – коэффициент лобового сопротивления; F_взб- площадь проекции взбивателя на плоскость _, перпендикулярную вектору скорости его перемещения, м²; z- число лопастей; ρ-плотность продукта, кг/м³; V_взб-скорость взбивателя относительно продукта, м/с;

; (2.10)

-радиус взбивателя, м; -частота вращения взбивателя вокруг своей оси, мин^-1; α-коэффициент проскальзования (при в приделах от 0.7 до 8 м/с α принимают равным от 0.8 до 0.2);

α-коэффициент запаса мощности (α=1,1…1,2); -КПД механической передачи машины ( =0,7…0,8).

Мощность N можно представить как

; (2.11)

(2.12)

При перемешивании жидкого теста К_о = 5000...6000; при взби­вании белков, сливок К_о = 3000...4000, при взбивании муссов, кре­мов К_о = 4000...5000.

Описание стенда. Стенд (рис.2.1) представляет собой серийно выпускаемую взбивальную машину или механизм, присоединяе­мый к приводу универсальной кухонной машины. Машина под­ключена через магнитный пускатель к источнику электроэнергии. Полезную мощность определяют по контрольно-измерительным приборам, а производительность машины — с помощью цифер­блатных весов, секундомера, емкости для загрузки и выгрузки продуктов. Для определения плотности продукта до и после взби­вания служат мерный цилиндр и весы.

Конструктивные размеры взбивальной машины измеряют с по­мощью штангенциркуля и измерительной линейки.

Рис 2.1: Схема установки для проведения испытаний взбивальных машин МВ-35 2М: 1-взбиватель; 2-водило; 3-цилиндрическая передача; 4-стакан; 5-механизм для перемещения нижнего конуса ведомого шкива; 6-раздвижные шкивы47-электродвигатель; 8-магнитный пускатель; 9-контрольно измерительные приборы.

Методика проведения экспери­мента.

Работу в лаборатории начи­нают с изучения имеющихся в ла­боратории взбивальных машин и механизмов. Для этого знакомятся с устройством машин и отдельны­ми их узлами и деталями. При этом особое внимание обращают на форму и расположение рабочих органов (взбивателей) и месиль­ного бачка, на устройство для из­мерения скорости вращения взби­вателей, на их крепление к фунда­менту или в корпусе привода универсальной кухонной маши­ны, на передаточный механизм.

При изучении конструкции взбивальных машин и механиз­мов пользуются учебником, а так­же плакатами и другими сред­ствами технической информации. Заканчивают изучение конструк­ции составлением кинематичес­ких схем (рис.2.3).

Затем измеряют основные конструктивные параметры взби­вальной машины: диаметр ме­сильного бачка, высоту его цилиндрической и суженной частей, диаметр днища, высоту и ширину лопасти, зазор между взбивателем и месильным бачком, эксцентриситет взбивателя.

Далее с разрешения преподавателя приступают к опытам. Пре­подаватель называет вид продукта или имитатора (технический глицерин, метил целлюлоза и др.), его массу, частоту вращения взбивателя.

Измеряют мощность машины при работе ее на холостом ходу. Выбирают соответствующий взбиватель в зависимости от консис­тенции и физико-механических свойств смеси. Устанавливают ча­стоту вращения взбивателя; исключение составляют взбивальные машины МВ-6, МВ-35, МВ-35М, у которых частота вращения взбивателя устанавливается во время работы механизма. Затем на­ливают в мерный цилиндр 100 мм³ продукта, подлежащего взбива­нию, взвешивают его и определяют плотность.

Зная объем V₀ месильного бачка (из технической характеристи­ки), плотность продукта, рекомендованный коэффициент запол­нения рабочей камеры φ = 0,3...0,5, определяют массу продукта, подвергающегося взбиванию. Затем эту массу продукта делят на три порции.

Рис 2.3: Кинематическая схема взбивальных машин:

I-MB-35M: 1-взбиватель; 2-рабочий вал; 3-водило; 4-неподвижное солнечное колесо; 5,14-цилиндрические передачи; 6-маховик; 7-винт; 8- гайка; 9-тяга; 10,12-раздвижные шкивы клиноременного вариатора; 13-электродвигатель; 15-шестерня-сателит; II-MB-6: 1-взбиватель; 2-рабочий вал; 3-водило; 4-шестерня-сателит; 5- солнечное неподвижное колесо; 6-главный приводной вал; 7-коническая передача; 8-цилиндрическая передача; 9-раздвижной шкив вариатора; 10-пружина; 11-ремень; 12-электродвигатель; 13-винт; 14-гайка (ползун); III-MB-60: 1-неподвижное колесо; 2—сателлит; 3-шестерня; 4-электродвигатель; 5-водило; 6-коробка скоростей; 7-коническая передача; 8- планетарная передача; 9-взбиватель; IV-МС-4-7-8-20: 1-взбиватель; 2- планетарная передача; 3-коническая передача; 4-цилиндрическая передача; 5- кулачковая муфта; 6- цилиндрическая передача; V-MB к УКМ и МВП II-1: 1-водило; 2-главный приводной вал; 3-неподвижное солнечное колесо; 4- коническая передача; 5-шестерня-сателлит; 6- рабочий вал; 7- взбиватель.

В месильный бачок вручную подают подлежащую перемешива­нию и взбиванию первую порцию продукта (имитатора). Загру­жать месильный бачок рекомендуется не более чем на 2/3 его объема. Измеряют мощность машины при работе ее под нагрузкой. После получения однородной смеси, что определяется визу­ально, механизм выключают, а взбиватель снимают с месильного вала и удаляют из бачка. Бачок снимают со станины и освобожда­ют от содержимого.

При проведении опыта отмечают время, затраченное на загруз­ку, обработку и выгрузку продукта.

Определяют плотность полученной смеси. Затем взбивают вто­рую и третью порции продукта, но уже при другой частоте враще­ния взбивателя, и также измеряют мощность машины и плотность продукта. При этом следует иметь в виду, что на обработку про­дукта должно быть затрачено равное время.

После окончания эксперимента проводят санитарную обработ­ку взбивателя, месильного бачка и открытой части передаточного механизма.

Обработка экспериментальных данных и составление отчета. Для составления отчета вычерчивают несколько кинематических схем, выполняют расчеты по приведенным в работе формулам и запи­сывают результаты опытов и расчетов в журнал наблюдений (табл. 2.1).

№ п/п	Показатель	Условное обозначение	Единица измерения	Даны
				опытные	расчётные
1	Диаметр месильного бачка	D	м
2	Высота: -цилиндрической части месильного бачка. -суженной части бачка	H h’	м м
3	Диаметр днища	d	м
4	Высота взбивателя	h	м
5	Ширина взбивателя	b	м
6	Эксцентриситет взбивателя	e	м
7	Зазор между взбивателем и месильным бачком	δ	мм
8	Частота вращения: -вала элевтродвигателя -рабочего вала	n n1	мин-1 мин-1
9	Мощность по ваттметру: -для 1-го измерения при n1 -для 2-о измерения при n2 -для 3-го измерения при n3	N1x.x N1общ N1пол N2x.x N2общ N2пол N3x.x N3общ N3пол	Вт Вт Вт Вт Вт Вт Вт Вт Вт
10	Время: -загрузки -обработки -выгрузки	t3 t0 tв	с с с
11	Масса 100 мм3 продукта: -до взбивания: после взбивания: по 1-му измерению по 2-му измерению по 3-му измерению	m0 m1 m2 m3	г г г г
12	Плотность продукта: - до взбивания -после взбивания: по 1-му измерению по 2-му измерению по 3-му измерению	ρ0 ρ1 ρ2 ρ3	кг/м3 кг/м3 кг/м3 кг/м3
13	Масса загружаемой порции продукта	m	кг
14	Производительность: -действительная -теоретическая	QД QТ	кг/с кг/с
15	Объём месильного бачка	V0	м3
16	Коэффициент заполнения бачка	φ	-
17	Площадь взбивателя	Fвзб	м2
18	Удельный расход электроэнергии	P	Вт*с/кг
19	Теоретическая мощность	NT	Вт
20	Передаточное отношение	i	-
21	Механический КПД	ηМ	-

Таблица 2.1.

На основании опытных и расчетных данных строят зависи­мость плотности продукта от частоты вращения взбивателя. На оси абсцисс откладывают частоту вращения, а на оси ординат плотность продукта после взбивания. Сравнивают действитель­ную и теоретическую производительность, сопоставляют мощ­ность, коэффициент заполнения бачка с оптимальными их значе­ниями.

Контрольные вопросы и задания

1. Что такое перемешивание, взбивание? 2. Какова форма рабочих ор­ганов во взбивальных машинах и какое движение они совершают? 3. Объясните принципиальное устройство и работу взбивальных машин и механизмов. 4. Как регулируется частота вращения рабочих органов в различных взбивальных машинах и механизмах? 5. Как определяются производительность, мощность во взбивальных машинах? 6. От каких характеристик зависит теоретическая мощность? 7. Назовите основные неисправности взбивальных машин и способы их устранения. 8. Ка­ковы правила эксплуатации взбивальных машин и механизмов?

Рис 2.4. Кинематические схемы тестомесильных машин:

I-MTM-60: 1-электродвигатель; 2-клиноременная передача; 3,13- червячные редукторы; 4-диск; 5- бачок; 6-месильный орган; 7- головка; 8- ползун; 9- палец; 10- рычаг; 11- шатун; 12- кривошип; II – MБТМ-140: 1,6,9 – червячные редукторы; 2 – валик; 3- дежа; 4- крышка; 5- траверса; 7- червячный сектор; 8- червяк; 10- реверсивный электродвигатель; 11,13- клиноременные передачи; 12- электродвигатель; III-МТМ-15: 1- клиноременная передача; 2-электродвигатель; 3- цилиндрическая передача; 4-Z-образные месильные лопасти; IV- ТММ-IM: 1- червячные редуктор; 2- диск с квадратным отверстием; 3- педаль; 4- упор дежи; 5- пружина; 6- дежа; 7- предохранительные щитки; 8- месильный рычаг; 9- шарнир; 10- кривошип; 11- цепная передача; 12- электродвигатель; V-A2-XTM: 1- фундаментная плита; 2- дежа; 3- станина; 4- ось поворота; 5,10 – электродвигатель; 6,11- клиноременная передача; 7- концевые переключатели; 8- винт; 9- траверса; 12- планетарная передача; 13-крышка; 14-рабочий орган.

Обработка экспериментальных данных и составление отчета.

При составлении отчета вычерчивают несколько кинематических схем, выполняют расчеты по приведенным в работе формулам и запи­сывают результаты опытов и расчетов в журнал наблюдений (табл. 2.2).

Кроме того, сопоставляют полученные данные по производи­тельности и мощности с паспортными данными.

№ п/п	Показатель	Условное обозначение	Единица измерения	Даны
				опытные	расчётные
1	Диаметр усечённого конуса: -большой -малый	D d	м м
2	Диаметр днища дежи	d1	м
3	Высота: -усечённого конуса -усечённого параболоида	H h	м м
4	Максимальный радиус вращения месильной лопасти	rmax	м
5	Радиус цапфы дежи	rц	м
6	Площадь стенки дежи, по которой происходит движение продукта	F	м2
7	Частота вращения: -вала электродвигателя -месильной лопасти -дежи	n nл nд	мин-1 мин-1 мин-1
8	Мощность электродвигателя: -при работе на холостом ходу -при работе под нагрузкой	Nx.x Nобщ	Вт Вт
9	Масса порции продукта:	m	кг
10	Масса дежи	mД	кг
11	Суммарное время замеса	T	c
12	Объём дежи	V0	м3
13	Производительность: -действительная -теоретическая	QД QТ	кг/с кг/с
14	Мощность: -полезная -теоретическая	Nпол NТ	Вт Вт
15	Удельный расход электроэнергии	P	Вт*с/кг
16	Передаточное отношение для: -месильной лопасти -дежи	iл iд	-
17	Механический КПД	ηМ	-

Контрольные вопросы и задания

1. Что такое перемешивание, замес? 2. Какие формы рабочих органов используются в тестомесильных машинах? 3. Какова форма дежи и как она устанавливается на станине машины? 4. Какое движение совершают месильный рычаг с лопастью и дежа? 5. Каков механизм передачи дви­жения месильному рычагу с лопастью и деже? 6. Что представляет собой тележка дежи, каков порядок ее установки на станине и откатки? 7. Ка­кие предохранительные приспособления есть у тестомесильных машин? 8. Назовите основные неисправности при работе на тестомесильных ма­шинах и пути их устранения. 9. Как определить действительную и теоре­тическую производительность и мощность? 10. Каковы правила эксплуа­тации тестомесильных машин?