Современное состояние и перспективы развития тестоделительных машин.

Современное состояние и перспективы развития тестоделительных машин.

 

Описание технологического процесса и технологического процесса

Проектируемая тестоделительная машина с лопастным нагнетанием и делительной головки барабанного типа является универсальной по обрабатываемому сырью, т.е. она может делить на куски заданной массы как пшеничного так и ржаного теста. Однако проектируемый тестоделитель в отличии от своего прототипа – тестоделителя А2-ХТН, предназначен для деление на куски малой массы 0,1 – 0,6 кг поэтому он может быть использован при получении мелкоштучных хлебобулочных изделии, например батонов.

Рассмотрим технологическую линию для производства батонов массой 0,3 – 0,5 кг: мука доставляется на завод автотранспортом, складируется в силосах 1 склада бестарного хранения муки (БХМ). Все операции по перемещению муки в современных складах БХМ производятся аэрозольтранспортом. Для очистки от муки отработанный воздух из силоса выходит через фильтры 2, 11, 13. Из силосов 1 склада БХМ с помощью роторных питателей 3 мука направляется аэрозольтранспортом по трубопроводам сначала в промежуточную ёмкость 4, затем в просеиватель 5 с магнитной очисткой, далее шнековым питателем 6 – в промежуточную ёмкость 7 перед автоматическими весами, и в сами автоматические весы 8, взвешанная мука собирается в бункере 9, откуда поступает в производственный бункер 10. Отсюда мука через питатель 12 подаётся в дозатор 13 и тестомесильную машины непрерывного действия 14, сюда же через дозатор 15 подаётся жидкая опара, и происходит замес теста. Тесто нагнетателем 16 подаётся в корыто брожения (например ХТР), после самотёком поступает в тестоделитель 18, где оно делится на куски заданной массы. Полученные заготовки заданной массы ленточным транспортёром тестоделителя подаются в тестоокруглиель 19,где заготовкам придаётся округлая форма, округлённые заготовки ленточным транспортёром 20 подаются в посадчик заготовок 21, который укладывает заготовки в люльки цепного транспортёра растойного шкафа 22, из растойного шкафа заготовки поступают в пекарную печь тупикового типа 23, где происходит выпечка. Полученная готовая продукция – батоны падают на ленточные транспортёры 24 и25 которые перемещают готовую продукцию на циркуляционный стол 26 с которого в ручную укладываются в контейнера для хлеба 27 и отправляются на склад готовой продукции, откуда автотранспортом попадают в торговую сеть.

1.2 Технологические требования к сырью, полуфабрикатам и готовой продукции.

Основными видами сырья в хлебопекарном производстве – мука, вода, соль и дрожжи, дополнительное сырьё – сахар, крахмал, молочные и яйцепродукты, жир.

Требования к качеству муки.

Показателями качества муки – цвет, вкус, запах, содержание металопримесей, влажность, зольность.

Вкус муки должен быть без посторонних привкусов. Запах муки – запах должен быть без каких либо посторонних запахов. Цвет муки должен соответствовать её сорту, однако даже у муки одной партии может быть значительные различия в цвете. Цвет сортовой муки имеет большое значение для качества хлеба.

Содержание металопримесей в муке в результате износа металлических частей оборудования контактирующего с зерном и мукой, по ГОСТу допускается 0,003 на 1 кг муки.

Влажность муки не должна превышать 15 %, иначе в муке появляется свободная влага, создающая условия для активации ферментов и развития микроорганизмов, что может вызвать порчу муки. Базисная влажность составляет 14,5%. Влажность муки влияет на выход хлеба и количества воды для замеса теста. Зольность муки – основной показатель её сорта. Норма зольности муки высшего,1 и 2 сортов составляет 0,55; 0,75 и 1,25 на количество сухого вещества.

Крупность муки характеризуется размерами её частиц. Чем выше сорт муки тем мельче её частицы. Крупные частицы медленнее набухают и сложнее поддаются действию ферментов и микроорганизмов. Зольность и крупность муки достаточно точно обеспечиваются при помоле муки и находятся, как правило, в пределах нормы.

Кислотность муки влияет на кислотность готовой продукции и характеризуется свежестью муки. Она обусловлена присутствием в муке свободных жирных кислот, кислых солей фосфорной кислоты. В муке высших сортов кислотность меньше чем в низших сортах. При хранении муки кислотность увеличивается.

Хлебопекарные свойства муки.

Под хлебопекарными свойствами муки понимают способность муки давать хлеб того или иного качества. Хорошая мука даёт хлеб с гладкой блестящей корочкой и большого объёма.

Мука состоит из белков и крахмала, поэтому хлебопекарные свойства муки зависят от первоначального состояния этих веществ и от активности ферментов, влияющих на белки и углеводы в процессе выпечки хлеба.

Хлебопекарные свойства муки хар-ся:

1. цветом и способностью её к потемнению в процессе изготовления хлеба. Цвет муки зависит от содержания в ней частиц эндосперма и оболочек, а также цветности самого эндосперма.

2. Сила муки которая хар-ся структурно-механическими свойствами теста или клейковины, водопоглотительной способностью, количеством воды которое необходимо для замеса теста с оптимальными структурно-механическими свойствами. Сила муки основной фактор, определяющий хлебопекарные свойства пшеничной муки по силе различают сильную, слабую и среднюю пшеничную муку. Тесто из сильной муки хорошо замешивается и разделывается. Клейковина слабой муки легко растягивается, слабо набухает в воде. Слабая мука при замесе слабо впитывает воду и в процессе брожения разжижается.

3. Газообразующая способность муки зависит от активности β- амелазы, состояния крахмала в муке и и содержания в ней собственных сахаров.

4. Автоматическая активность – это способность сложных веществ муки разлагаться на более простые, водорастворимые вещества под действием ферментов

Перед использованием муки в производстве необходимо знать её хлебопекарные свойства. В производстве для этого применяется пробная выпечка хлебцов.

Вода.

Вода применяемая в хлебопекарном производстве для технологических целей должна отвечать требованиям, к питьевой воде: в ней не должно содержаться вредных примесей и болезнетворных микроорганизмов, вода должна быть бесцветной, прозрачной без запаха и привкуса. В воде не должны содержаться взвешенные вещества, видимые невооружённым глазом. Окисляемость воды даёт представление о том что вода содержит органический вещества. У нормальной воды должна быть окисляемость не больше 2-3 миллиграмм кислорода.

Так как в хлебопекарном производстве большую роль играют процессы брожения, кипячёную воду применять нельзя, потому что в ней нет почти растворимого воздуха необходимого дрожжам. Санитарная пригодность воды устанавливается по наличию в ней большого количества микроорганизмов и отдельно бактерий типа кишечной палочки, большое содержание которой указывает на загрязнение её фекальными веществами.

Согласно ГОСТ 2874-82 питьевая вода должна соответствовать следующим нормам:

Запах и вкус при 20 и 60°С, баллов … 2

Цветность по шкале, град, не более 20

Мутность по шкале, мг/литр, не более 1,5

Общая жесткость, м²экв/литр, не более 7

 

Содержание, м²/литр, не более:

· Сухого остатка 1000

· Хлоридов 360

· Цинка 5

· Сульфатов 500

· Меди 1

· Железа 0,3

· РН 6,5-9,0

Соль.

В пищевых производствах поваренная соль применяется как вкусовое вещество, а в хлебопекарном производстве ещё и как улучшитель физических свойств теста. Поваренная соль – это хлористый натрий с незначительной примесью других солей. Очень хорошо растворяется в воде.

Поваренная соль из-за содержания примесей (CaCl₂) гигроскапична. Порогом гигроскапичности соли является отметка – 75%. Порог восприятия соленого вкуса соли находится при концентрации раствора 0,05%. В зависимости от способа добычи различают: каменную, самосадочную и басейную соль. По способу обработки соль подразделяют на мелкокристаллическую, молотую и немолотую.

В хлебопекарном производстве обычно применяют молотую соль 1 или 2 сорта. Соль 1 сорта содержит не более 0,45, а второго не более 0,25% нерастворимых веществ, насыщенный раствор соли содержит её 26-28% нерастворимых веществ. Насыщенный раствор соли входит в рецептуру любых хлебобулочных изделий в количестве 1-25% от массы муки. Соль улучшает структурно-механические свойства теста и вкус изделий. Клейковина теста под действием соли становится боле плотной, активность протеолитических ферментов снижается.

Отсыревание соли способствует её слеживанию, поэтому в настоящие время применяют способ хранения соли под слоем воды.

Дрожжи.

Дрожжи – одноклеточные организмы относящиеся к классу грибов сахараписцетов, размножающиеся в среде содержащей сахар. Дрожжевые клетки имеют таровидную форму, содержат 75% влаги. Важное значение имеют ферменты, катализирующие процесс разложения сахара. При отсутсвие кислорода ферменты дрожжей вызывают спиртовое брожение сахара, в следствии которого образуется углекислый газ и этиловый спирт. При разложении сахара дрожжевые клетки получают энергию, необходимую для их жизнедеятельности.

В тесте и других полуфабрикатах кислорода очень мало, поэтому дрожжи вызывают процесс спиртового брожения. Образовавшийся углекислый газ разрыхляет тесто и обеспечивает необходимую пористость мякиша. Для нормальной жизнедеятельности дрожжей необходима жидкая среда содержащая питательные вещества, соответствующая реакция среды и температурные условия. Жидкая среда для развития дрожжей должна содержать определённое количество питательных водорастворимых веществ. Дрожжи непосредственно усваивают только простые сахара. При температуре 45-50 °С дрожжевые клетки погибают. Низкая температура также тормозит жизнедеятельность дрожжей, они впадают в состояние анабиоза, в котором могут сохранятся долго без порчи. Прессованные дрожжи представляют собой скопление дрожжевых клеток, выделенных из культурной среды и спрессованных.

Прессованные дрожжи стандартного качества имеют однородный светлый цвет, нормальный вкус и запах. Прессованные дрожжи хранят на хлебозаводах при температуре 4°С. Гарантированный срок хранения дрожжей при таких условиях составляет 12 суток.

Дрожжевое молоко на хлебозаводы доставляют в автоцистернах. Дрожжевое молоко хранят при температуре от 2 до 15°С в специальных сборниках. Перед пуском в производство дрожжевое молоко разводят водой до определённой концентрации.

Источники разработки.

Техническая документация согласно ЕСКД на тестоделительную машину с лопастным нагнетанием и делительной головкой барабанного типа А2-ХТН. Результаты исследования изобретений и патентов в области разработки.

2.4 Технические требования к объекту проектирования.

а) состав продукции и требования к конструкции устройства

Тестоделительная машина должна содержать устройство для лопастного нагнетания теста, делительную головку барабанного типа с мерными карманами, мерную камеру, отсекающую демпферную заслонку с пружинным регулятором давления в рабочей камере

б) показатели назначения

Ø Установленная мощность – не более 2,2 кВт

Ø Производительность штучная не меньше 8-60 шт/мин

в) требования к надёжности

Ø Коэффициент готовности – 0,99

Ø Коэффициент технического использования – 0,9

Ø Коэффициент стабилизации – 0,3

Ø Средний срок службы до капитального ремонта – 5 мес.

г) требования к технологичности

Ø Коэффициент сборности – 0,8

Ø Удельная материалоёмкость - 2,5

Ø Обобщенный коэффициент унификации – 70 %

д) требования к безопасности:

Ø Предусмотреть легкосъёмные ограждения на механизмах машины

Ø Надёжное присоединение заземления

Ø Наличие заграждений на делительной головке и рабочей камере

Ø Заграждения под приёмной воронкой

е) требования к конструкционным материалам

Ø Детали соприкасающиеся с тестом должны иметь разрешение Минздрава Украины

ё) условия эксплуатации машины

Ø Машина предназначена для эксплуатации в закрытых помещениях.

2.5 Экономические требования.

Ожидается улучшение технико-экономических показателей машины. Это обусловлено тем, что машина предназначена для получения заготовок небольшой массы, это приводит к уменьшению размеров рабочих органов и делительной головки, а также к снижению мощности привода.

Техническое предложение.

3.1 Описание возможных вариантов и конструктивно-функциональных разработок.

Существуют конструкции тестоделительных машин в которых кривошипно-ползунный механизм привода отсекающей заслонки непосредственно соединён с ней, а также конструкции в которых кривошипно-ползунный механизм привода заслонки соединяется с ней через демпферный стабилизатор давления, например стабилизатор давления пружинного типа.

Схема тестоделителя с механизмом привода отсекающей заслонки с пружинным стабилизатором давления явл. более совершенной так как позволяет регулировать давление в рабочей камере, поэтому эта схема явл. более приемлемой.

Очень важным узлом тестоделительной машины явл. делительная головка. В проектируемой машины применим делительную головку барабанного типа с мерными карманами, предназначенную для деления теста объёмным принципом. Конструкция тестоделительной головки описанном в авторском свидетельстве SV №1722354 А1 имеет следующее преимущество, она позволяет уменьшить габариты тестоделительной головки за счёт повышения доли мерного объёма в цилиндре. Однако данное преимущество не явл. основным в нашем случае, так как проектируемая машина предназначена для получения заготовок малой массы, её тестоделительная машина и так имеет небольшие размеры, дальнейшая минимизация деталей приведёт к усложнению изготовления деталей машины и её повышения в цене. При длительных остановках машины, тесто попавшее между мерными цилиндрами и кольцами, будет засыхать. При пуске машины будет возникать дополнительные нагрузки на электродвигатель, что приведёт к повышению мощности привода. Проанализировав конструкции тестоделительных головок приходим к выводу, что приемлемой явл. тестоделительная головка машины прототипа А2-ХТН, однако масса головки будет меньше.

Технологический расчёт.

Задача расчёта – определить технологические параметры тестоделителя

Исходные данные:

Масса заготовки m₈=0,1-0,6 кг

Производительность массовая 2100 кг/час

Условия расчёта:

Плотность пшеничного теста из обойной муки ρ_т=1100 кг/м³

Производительность тестоделительных машин определяется производительность делительных органов машины:

(4.1)

Где, П= 2100 – производительность машины

W_n=1 – число одновременно получаемых заготовок

q₃=0,6 – максимальная масса заготовки

Т_р – период рабочего цикла

(4.2)

Где, z_k=2 – число мерных карманов делительного механизма

n – частота вращения делительной головки

(4.3)

Тогда: об/мин

Принимаем n= 30 об/мин

Подставим значение частоты вращения делительной головки в формуле 4.2 и определим период рабочего цикла:

c

 

Угловая скорость делительной головки:

(4.4)

рад/с

Штучная производительность машины:

(4.5)

Тогда, шт/мин

Найдём требуемую ширину лопасти из выражения производительности:

(4.6)

Где, В- ширина нагнетающей лопасти

R_n=0,175 – радиус нагнетающей лопасти

Z_n= 0,1M – радиус лопастного барабана

α= 25°= 1,48 рад – угол нагнетания

ρ = 1100 кг/м³ – плотность пшеничного теста

 

(4.7)

Тогда,

Рассчитываем размеры делительной головки

Объём заготовки

(4.8)

м³

 

Заготовка будет иметь форму цилиндра, высоту которого для заготовки оптимальной массы принимаем равной диаметру заготовки:

(4.9)

м

Принимаем диаметр мерных карманов 0,1 м.

Тогда максимальная длинна заготовки:

(4.10)

м

Изменение длинны поршня при переналадке с выпуска крупных заготовок на мелкие:

(4.11)

м

Так кА раздвижение поршня будет производится телескопическим винтовым механизмом, то принимаем миним. длину поршня:

м (4.12)

Тогда диаметр делительной головки:

(4.13)

м

Принимаем м

Ширина делительной головки:

(4.14)

м

м

м (4.15)

За прототип проэктируемого тестоделителя принят тестоделитель А2-ХТН. Данный тестоделитель предназначен для получения заготовок большой массы, поэтому размеры его делительной головки и рабочей камеры больше. Для расчёта принимаем макс. объём заготовки.

Для нормальной работы тестоделителя объём теста в рабочей камере должен быть несколько чем объём заготовки:

(4.16)

(4.17)

(4.18)

м²

(4.19)

м

Заключения по расчёту

Массовая производительность тестоделителя 2100 кг/ч

Производительность суточная 60 шт/мин

Период рабочего цикла 1с

Угловая скорость делительной головки 3,05 год/с

Частота вращения делительной головки 30 об/мин

Радиус лопасти 0,175 м

Диаметр мерных карманов 0,1 м

Длинна карманов 0,07 – 0,13 м

Диаметр делительной головки 0,2 м

Ширина делительной головки 0,19 м

Ширина рабочей камеры 0,14 м

Радиус нагнетающего барабана 0,1 м

Исходные данные для кинематического расчёта

Максимальная частота вращения делительной головки 30 об/мин

Минимальная частота вращения делительной головки 4 об/мин

Передаточное вращение вариатора 1,86

Передаточное отношение редуктора 25

Передаточное отношение 1 ступени клиноременной передачи 1,43

Передаточное отношение 2 ступени клиноременной передачи 3,67

Числа зубьев и модули колёс:

Z³=50, z⁵=54, z⁶=18, z⁷=54, m=5

Z⁷=40, z⁸=80, z¹⁰=80, m=5

Z¹⁰=112, z¹⁰=40, z⁹=16, z⁹=31, z¹²=60, m=2

Кинематический расчёт.

Определим кинематические параметры тестоделителя исходя из заданных значений частот вращения делительной головки.

Передаточное отношение цилиндрической передачи привода сбрасывателя:

(4.20)

Частота вращения сбрасывателя:

(4.21)

об/мин

об/мин

 

Передаточное отношение цилиндрической зубчатой передачи плунжерного насоса:

(4.22)

Частота вращения вала привода плунжерного насоса:

(4.23)

(4.24)

Передаточное отношение ступени цилиндрической зубчатой передачи привода делительной головки:

Угловая скорость вала привода кулака демпферной заслонки:

рад/с

рад/с

Частота вращения приводного вала привода демпферной заслонки равна частоте вращения промежуточного вала.

Требуемую частоту вращения двигателя определим принимая во внимание то, что для 1 ступени клиноременной передачи с передаточным числом 1,43 соответствует максимальная частота вращения делительной головки 30 об/мин, а 2 ступени с передаточным числом 3,67 соответствует максимальной частоте вращения делительной головки 4 об/мин

 

Технический проект

Современное состояние и перспективы развития тестоделительных машин.