RU2267358C1 - Trimming grid for raw meat-and-bone material grinding apparatus - Google Patents

Abstract

FIELD: constructional parts for meat-and-bone raw material grinding equipment.

SUBSTANCE: trimming grid is made in the form of disk with central seating receptacle for attachment thereof and openings arranged in concentric rows within slots provided along the entire length of disk and tangentially inclined toward central seating receptacle. Slots have semi-circular cross-section. Diameter of slots exceeds diameter of passage openings. Slots are arranged along curved line produced by approximation of broken line described by cited equation.

EFFECT: increased efficiency of grinder owing to obstacle-free movement of particle over grid slot at minimal friction force.

5 dwg

Description

Изобретение относится к конструктивным элементам устройств измельчения мясокостного сырья.The invention relates to structural elements of devices for grinding meat and bone raw materials.

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.Closest to the proposed technical essence to the problem being solved is a grate to a device for grinding meat and bone raw materials [a.s. No. 2203139, B 02 C 18/36, Bull. No. 12, Bull. No. 8, publ. 04/27/2003], containing a disk with a central mounting socket for mounting it and holes located in concentric rows in grooves made along the entire length of the disk tangentially inclined to the central mounting socket and having a cross-section in the form of a semicircle with a diameter exceeding the diameter of the through holes.

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.A disadvantage of the known lattice is that as the product moves along the groove of the lattice, the normal pressure force constantly increases and, as a result, there are large values of the friction force of the particles in the groove, which leads to a delay in the exit of particles from it.

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.An object of the invention is to ensure unimpeded movement of a particle along the groove of the lattice with minimal friction when trimming in a device for grinding meat and bone raw materials in order to improve the performance of the top by maximizing the speed of the particle at its exit, which ensures timely release from inclusions of bones and veins.

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 уравнениемThe technical problem is achieved by the fact that in the lattice with the provision of the venation to the device for grinding meat and bone raw materials, which is a disk with a central landing socket for its fastening and holes located in concentric rows in grooves made along the entire length of the disk tangentially inclined to the central landing socket and having a semicircle in cross section with a diameter exceeding the diameter of the through holes, the new is that the grooves are made according to the curve obtained by approximating the scrap the first line described by the equation

где ω - 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/с² (g=9,81 м/с²), β₀ - угол наклона паза относительно радиального направления,where ω is the angular velocity of rotation of the particle together with the pen of the knife, rad / s; x, y are the coordinates of the product particle, f ₁ , f ₂ are the coefficients of friction of the product on the surface of the grating and the feather of the knife, g is the acceleration of gravity m / s ² (g = 9.81 m / s ² ), β ₀ is the angle the slope of the groove relative to the radial direction,

с учетом условия,

subject to the condition

где r₀ - радиус вращения частиц, м.where r ₀ is the radius of rotation of the particles, m

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.The technical result consists in ensuring the unimpeded movement of the particle along the groove of the lattice with minimal friction when trimming in the device for grinding meat and bone raw materials, which increases the efficiency of the top by implementing the maximum speed of the particle at its exit, which ensures timely release from inclusions of bones and veins .

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 ν частицы; на фиг.3 - зависимость скорости ν частицы от конструктивных и режимных параметров решетки: 1 - скорость ν частицы при n=4,299 с^-1; 2 - скорость ν 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.Figure 1 presents a model of the process of movement of a particle of a product upon venation in the groove of the lattice; figure 2 - kinematic and dynamic characteristics of particle motion: 1 - acceleration W of the particle; 2 - normal pressure N / m; 3 - particle velocity ν; figure 3 - dependence of the velocity ν of the particle from the structural and operational parameters of the lattice: 1 - velocity ν of the particle at n = 4,299 s ^-1 ; 2 - particle velocity ν at n = 4.16 s ^-1 ; 3 - particle velocity v at n = 4.021 s ^-1 ; figure 4 is a General view of the proposed lattice with the provision of trimming to the device for grinding meat and bone raw materials; figure 5 - knife head of the top.

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.The lattice with the provision of the trimming to the device for grinding meat and bone raw materials (Fig. 4) is made in the form of a disk 1 of constant thickness with a flat surface 2, a central mounting slot 4 for its fastening and holes 5 located in concentric rows. Moreover, on the surface 2 of the disk 1, along its entire length, curved grooves 3 are made (Fig. 4) having a cross-section in the form of a semicircle with a diameter D exceeding the diameter d of the holes 5.

Для описания вида криволинейных пазов рассмотрим модель (фиг.1) движения частицы продукта (материальной точки) по перу ножа 11 (фиг.5).To describe the type of curved grooves, we consider a model (Fig. 1) of the movement of a product particle (material point) along the pen of a knife 11 (Fig. 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.Consider the movement of the particle at the stage between the output grating 6 and the knife 11 (figure 5). The movement of a product in this space is a complex movement. As the relative motion, we take the movement of the product along the surface of the lattice, the portable one - the rotation of a particle of mass m together with the pen of a knife 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

In relative motion (Fig. 1), the force of gravity acts on the particle

normal lattice response

normal reaction from the side of the groove

corresponding friction forces

and

as well as the portable force of inertia

and Coriolis force of inertia

В этом случае векторное уравнение относительного движения имеет видIn this case, the vector equation of relative motion has the form

где

- ускорение частицыWhere

- particle acceleration

Проецируя уравнение (1) на декартовы оси координат Oxyz, получим дифференциальное уравнение относительного движения системы в проекциях на эти осиProjecting equation (1) onto the Cartesian coordinate axes Oxyz, we obtain a differential equation for the relative motion of the system in projections on these axes

Так как движение частицы относительно оси Oz ограничено поверхностью направляющей, то равнодействующая сил равна нулюSince the motion of the particle relative to the Oz axis is limited by the surface of the guide, the resultant of forces is zero

следовательно, из уравнения (2)therefore, from equation (2)

где m - масса частицы продукта, кг; g - ускорение свободного падения (g=9,81 м/с²).where m is the mass of the product particle, kg; g is the acceleration of gravity (g = 9.81 m / s ² ).

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 естьThe movement of the product relative to the Oy axis is also limited by the guide and the resultant projection of the forces acting on the product particle in relative motion, on the Oy axis is zero, that is

Из уравнения (5) найдем величину силы нормального давления направляющей на частицуFrom equation (5) we find the magnitude of the normal pressure force of the guide to the particle

Как известно, переносная сила инерции равнаAs you know, the portable force of inertia is

где ω - угловая скорость вращения частицы вместе с пером ножа, рад/с; r - радиус вращения частиц, м.where ω is the angular velocity of rotation of the particle together with the pen of the knife, rad / s; r is the radius of rotation of the particles, m

А кориолисова сила инерцииA Coriolis force of inertia

где ν - относительная скорость частицы, м/с.where ν is the relative particle velocity, m / s.

Тогда уравнение (6) после преобразований примет видThen equation (6) after transformations takes the form

Так как угол между векторами относительной скорости частицы

и угловой скорости вращения

равен 90°, то уравнение (9) перепишется в видеSince the angle between the vectors of the relative velocity of the particle

and angular rotation speed

equal to 90 °, then equation (9) can be rewritten in the form

Согласно гипотезе Амонтона-Кулона сила трения прямо пропорциональна величине силы нормального давления и направлена в сторону, противоположную движениюAccording to the Amonton-Coulomb hypothesis, the friction force is directly proportional to the value of the normal pressure force and is directed in the direction opposite to the movement

где f₁=f₂ - соответственно коэффициенты трения продукта о поверхность решетки и перо ножа (для материалов мясо-сталь f₁=f₂=0,37).where f ₁ = f ₂ are the coefficients of friction of the product on the surface of the grate and the feather of the knife, respectively (for meat-steel materials f ₁ = f ₂ = 0.37).

Тогда дифференциальное уравнение относительного движения частицы запишется следующим образомThen the differential equation of relative motion of the particle is written as follows

Рассмотрим ΔОАВ (фиг.1), в котором ∠OAB=β. Тогда по теореме о перекрещивающихся углах имеемConsider ΔOAB (Fig. 1), in which ∠OAB = β. Then by the intersecting angle theorem we have

Подставляя систему (14) в уравнение (13) и сокращая все выражение на m, получимSubstituting system (14) into equation (13) and reducing the entire expression by m, we obtain

Рассмотрим ΔОСВ (фиг.1), в котором ∠OCB=β₀ - угол наклона паза относительно радиального направления, тогдаConsider ΔOSB (Fig. 1), in which ∠OCB = β ₀ is the angle of inclination of the groove relative to the radial direction, then

Подставляя систему (16) в уравнение (15), получим окончательный вид дифференциального уравнения относительного движения частицы продукта на этапе между промежуточной, выходной решетками и ножом.Substituting system (16) into equation (15), we obtain the final form of the differential equation for the relative motion of the product particle at the stage between the intermediate, output gratings and the knife.

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 порядкаThe obtained differential equation (17) of the second order is nonlinear and has no analytical solution. Therefore, to solve it, we use the fourth-order Runge-Kutta numerical method. To do this, we bring this second-order differential equation to a system of non-linear first-order differential equations

Решение полученной системы нелинейных дифференциальных уравнений позволило получить зависимость скорости частицы от конструктивных и режимных параметров решетки и ножа, которая представлена на фиг.2.The solution of the resulting system of nonlinear differential equations made it possible to obtain the dependence of the particle velocity on the design and operating parameters of the lattice and knife, which is presented in figure 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.The acceleration value W, as can be seen from the graph (curve 1), already at the initial time reaches 750 m / s ² . This means that the processed product experiences the action of a centrifugal field. At the beginning of the particle’s movement along the feather of the knife, a certain decrease in the acceleration value W is observed, but as the centrifugal inertia force moves and increases, the acceleration value W increases sharply.

Из фиг.2 видно, что скорость ν 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 ν движения частиц объясняется еще более резким возрастанием ускорения W частиц за тот же промежуток времени.Figure 2 shows that the velocity ν of the particle (curve 3) due to the large acceleration W continuously increases and reaches large values in a short period of time: from 0.5 m / s in the initial period of time to 13 m / s at the exit of the top, which ensures high performance of the top for the removal of veins and bone inclusions. Such an increase in the velocity ν of particle motion is explained by an even sharper increase in the acceleration W of particles over the same period of time.

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.From the analysis of curve 2 it is seen that as the product moves along the groove of the lattice, the force of normal pressure N / m constantly increases. Large values of normal pressure N / m and, as a result, large values of friction force. Therefore, a promising direction for improving the process of venation is the creation of such a lattice design in which the venation is carried out when the particle moves along the groove with minimal friction.

Из анализа зависимости следует, что при увеличении угла наклона паза β₀ 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 β₀ паза к радиальному направлению. Но при определенном значении угла β₀ 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:From the analysis of the dependence it follows that with an increase in the angle of inclination of the groove β ₀ in the negative direction (against the direction of rotation of the knife), the particle velocity at the exit from the channel will increase. Therefore, to obtain the maximum exit speed of the particle from the top, it is advisable to increase the angle of inclination β _{0 of the} groove to the radial direction. But with a certain value of the angle β ₀ at the initial time, the particle can detach from the groove, which is unacceptable by the condition of the process. From the mathematical model of the motion of a material point in the groove of the lattice, the condition for the continuous motion of the particle will look like this:

После преобразований получимAfter the transformations we get

Решая уравнение (17) с учетом условия (20), получим форму паза в виде ломаной кривой, угол наклона отдельных прямолинейных участков которой β₀ 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.Solving equation (17) taking into account condition (20), we obtain the shape of the groove in the form of a broken curve, the angle of inclination of individual straight sections of which β ₀ will increase in the negative direction. Approximating the resulting broken line, we get the following result - the optimal shape of the groove will be a smooth curve, close in shape to a logarithmic curve. With such design parameters of the screw guide, the maximum particle velocity at the exit of the top and the unimpeded movement of the particle along the groove of the lattice will be observed. The lattice 6 (figure 5) with such grooves is placed at the outlet of the knife head of the top, which has a housing 7, a screw 8, a receiving 9 and an intermediate 10 of the lattice, as well as knives 11.

Устройство с решеткой работает следующим образом.A device with a grill operates as follows.

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.When the knife 11 is rotated (Fig. 5), its cutting edges move bone inclusions and veins along the concentric rows of the lattice (Fig. 4) until they enter the semicircular grooves 3 whose diameter D exceeds the diameter d of the through holes 5. As a result of the knife 11 (Fig. 5), bone inclusions and veins, depending on the direction of rotation of the knife, move along curved grooves 3 (Fig. 4), after which they are removed from the device.

Преимущество предлагаемой решетки заключается в том, что выполнение паза в виде кривой, полученной аппроксимацией ломаной линии, описываемой уравнениемThe advantage of the proposed lattice is that the groove in the form of a curve obtained by approximating a broken line described by the equation

с учетом условияsubject to the condition

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.It allows to ensure the unimpeded movement of the particle along the groove of the lattice with minimal friction during trimming in the device for grinding meat and bone raw materials, which leads to an increase in the work efficiency of the top by maximizing the speed of the particle at its exit, which ensures timely release from inclusions of bones and veins.

Claims (1)

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 уравнениемA lattice with provision of a veneer to a device for grinding meat and bone raw materials, which is a disk with a central landing socket for its fastening and holes located in concentric rows in grooves made along the entire length of the disk tangentially inclined to the central landing socket and having a semicircle in cross section with diameter exceeding the diameter of the through holes, characterized in that the grooves are made according to a curve obtained by approximating a broken line described by the equation

где ω - 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/с² (g=9,81 м/с²), β₀ - угол наклона паза относительно радиального направления,where ω is the angular velocity of rotation of the particle together with the pen of the knife, rad / s; x, y are the coordinates of the product particle; f ₁ , f ₂ - respectively, the coefficients of friction of the product on the surface of the lattice and the feather of the knife; g is the acceleration of gravity m / s ² (g = 9.81 m / s ² ), β ₀ is the angle of inclination of the groove relative to the radial direction, с учетом условияsubject to the condition

где r₀ - радиус вращения частиц, м.where r ₀ is the radius of rotation of the particles, m

Images