绞肉机的设计

山西农业大学工程技术学院 1 绞肉机的设计绞肉机的设计 1 绪绪 论论 随着国民经济的发展和人民生活水平的提高 人民对食品工业提出了更高的要 求 现代食品已朝着营养 绿色 方便 功能食品的方向发展 且功能食品将成为 新世纪的主流食品 食品工业也成为国民经济的支柱产业 作为装备食品工业的食 品机械工业发展尤为迅猛 食品工业的现代化水平 在很大程度上依赖于食品机械的发展及其现代化水 离开现代仪器和设备 现代食品工业就无从谈起 食品工业的发展是设备和工艺共 同发展的结果 应使设备和工艺达到最佳配合 以设备革新和创新促进工艺的改进 和发展 以工艺的发展进一部促进设备的发展和完善 两者互相促进 互相完善 是使整个食品工业向现代化迈进的必要条件 在肉类加工的过程中 切碎 斩拌搅拌工序的机械化程度最高 其中绞肉机 斩拌 机 搅拌机是最基本的加工主械 几乎所有的肉类加工厂都具备这 3 种设备 国内一 些大型肉类加工厂先后从西德 丹麦 瑞士 日本等引进了先进的加工设备 但其 价格十分昂贵 目前中 小型肉类加工企业所使用的大部分设备为我国自行设计制 造的产绞肉机是为中 小型肉类加二企业所设计的较为理想的 绞制各种肉馅的机 械 比如生产午餐肉罐头和制造鱼酱 鱼圆之类的产品 它将肉可进行粗 中 细 绞以满足不同加工工艺的要求 该机亦可作为其他原料的挤压设备 2 结构及工作原理结构及工作原理 2 1 绞肉机的结构 绞肉机主要由送料机构 切割机构和驱动机构等组成 如图 2 1 所示 席仿良 绞肉机的设计 2 5 1 2345 67 8 9 10 15 16 17 11 12 13 14 18 19 20 21 22 23 25 24 272829 30 31 32 26 322 图 2 1 绞肉机结构 1 机架 2 绞刀 3 挤肉样板 4 旋盖 5 纹筒 6 绞笼 7 料斗 8 减速器 9 大皮带轮 10 电机 11 三角带 12 小皮带轮 2 1 1 送料机构送料机构 包括料斗 7 绞笼 6 和绞筒 5 其作用是输送物料前移到切割机构 并在前端对 物料进行挤压 2 1 2 切割机构 包括挤肉样板 3 绞刀 2 旋盖 4 其作用是对挤压进人样板孔中的物料进行切割 样板孔眼规格有多种 可根据不同的工艺要求随时旋下旋盖进行更换 2 1 3 驱动机构 包括电机 10 皮带轮 9 12 减速器 8 机架 I 等 2 2 绞肉机的工作原理 山西农业大学工程技术学院 3 工作时 先开机后放料 由于物料本身的重力和螺旋供料器的旋转 把物连续 地送往绞刀口进行切碎 因为螺旋供料器的螺距后面应比前面小 但螺旋轴的直径 后面比前面大 这样对物料产生了一定的挤压力 这个力迫使已切碎的肉从格板上 的孔眼中排出 用于午餐肉罐头生产时 肥肉需要粗绞而瘦肉需要细绞 以调换格板的方式来 达到粗绞与细绞之需 格板有几种不同规格的孔眼 通常粗绞用之直径为 8 10 毫 米 细绞用直径 3 5 毫米的孔眼 粗绞与细绞的格板 其厚度都为 10 12 毫米普 通钢板 由于粗绞孔径较大 排料较易 故螺旋供料器的转速可比细绞时快些 但 最大不超过 400 转 分 一般在 200 400 转 分 因为格板上的孔眼总面积一定 即 排料量一定 当供料螺旋转速太快时 使物料在切刀附近堵塞 造成负荷突然增加 对电动机有不良的影响 绞刀刃口是顺着切刀转学安装的 绞刀用工具钢制造 刀口要求锋利 使用一 个时期后 刀口变钝 此时应调换新刀片或重新修磨 否则将影响切割效率 甚至 使有些无聊不是切碎后排出 而是由挤压 磨碎后成浆状排出 直接影响成品质量 据有些厂的研究 午餐肉罐头脂肪严重析出的质量事故 往往与此原因有关 装配或调换绞刀后 一定要把紧固螺母旋紧 才能保证格板不动 否则因格板 移动和绞刀转动之间产生相对运动 也会引起对物料磨浆的作用 绞刀必须与格板 紧密贴和 不然会影响切割效率 螺旋供料器在机壁里旋转 要防止螺旋外表与机壁相碰 若稍相碰 马上损坏 机器 但它们的间隙又不能过大 过大会影响送料效率和挤压力 甚至使物料从间 隙处倒流 因此这部分零部件的加工和安装的要求较高 绞肉机的生产能力不能由螺旋供料器决定 而由切刀的切割能力来决定 因为 切割后物料必须从孔眼中排出 螺旋供料器才能继续送料 否则 送料再多也不行 相反会产生物料堵塞现象 3 3 螺旋供料器的设计螺旋供料器的设计 席仿良 绞肉机的设计 4 3 1 绞笼的设计 绞笼的作用是向前输送物料 并在前端对肉块进行挤压 如图 3 1 所示 设计 上采用一根变螺距 变根径的螺旋 即螺距后大前小 根径后小前大 这样使其绞 笼与绞筒之间的容积逐渐减小实现了对物料的挤压作用 绞笼前端方形轴处安装绞刀 后端面上安装两个定位键与其主轴前端面上键槽 配合 以传递动力 4055 2 5 节距t 1 6 图 3 1 绞笼 3 1 1 绞笼的材料 绞笼的材料选为 HT200 3 1 2 螺旋直径 0 136 m 取 D 160mm5 2 C G KD G 生产能力 由原始条件得 G 1T H 山西农业大学工程技术学院 5 K 物料综合特性系数 查表 1 16 得 K 0 071 物料得填充系数查 B4 表 1 16 得 0 15 物料的堆积密度 t m 猪肉的为 1 5t m 33 C 与螺旋供料器倾角有关的系数 查 B4 表 1 15 得 C 1 3 1 3 螺旋供料器的转速 由原始数据 n 326r min 3 1 4 螺旋节距 实体面型螺旋的节距 t D 3 2 绞筒的设计 由于肉在绞筒内受到搅动 且受挤压力的反作用力作用 物料具有向后倒流的趋 势 因此在绞笼的内壁上设计了 8 个止推槽 沿圆周均匀分布 如图 3 2 所示 绞筒内壁与绞笼之间的间隙要适当 一般为 3 5mm 间隙太大会使物料倒流 间隙太 小绞笼与绞筒内壁易碰撞 绞筒的物料可选用铸铁 选 HT200 图 3 2 绞筒 席仿良 绞肉机的设计 6 4 4 传动系统的设计传动系统的设计 由于绞笼只有一种工作转速 则从电机至绞笼的运动路线为定比传动 其总的 传动比可利用带传动 齿轮传动等构机逐级减速后得到 绞笼的转速不易太高 因为输送能力并不是随转速增加而增加 当速度达到一 定值以后 效率反而下降 且速度过高 物料磨擦生热 出口处的压力升高 易引 起物料变性 影响绞肉质量 因此绞笼的转速一般在 200 一 400r min 比较适宜 在 本机选用 326r min 1 4 4 326 1440 iii 总 由传动比标准系列查 B2 表 2 1 初步取1 76 2 5 0 i 1 i 根据选用的电机和绞笼转速要求设计传动路线如下 4 1 电机的选择 N 4 KW WG G 绞肉机的生产能力 1000kg h W 切割 1kg 物料耗用能量 其值与孔眼直径有关 d 小则 w 大 当 d 3mm 取 w 0 0030kw h kg 查 B5p 75 传动效率 取 0 75 所以根据 N 4kw n 1500r min 查 B1 表 10 4 1 选用 Y112M 4 再查 B1 表 10 4 2 得 Y112M 4 电机的结构 山西农业大学工程技术学院 7 图 4 1 Y112M 4 电动机的外观图 4 2 带传动的设计 4 2 1 设计功率 d P kwPKP Ad 8 442 1 工况系数 查 B1 表 8 1 22 取 1 2 A K A K P 传递的功率 4 2 2 选定带型 根据和查 B1 图 8 1 2 选取普通 V 带 A 型 小带轮转速 为 d p 1 n 1 n 1440r min 4 2 3 传动比 1 76 0 i 2 n i n1 min 818018 76 1 1440 r 4 2 4 小带轮基准直径小带轮基准直径 mm 1 d d 由 B1 表 8 1 12 和表 8 1 14 选定 100mm 75r min 1 d d min d d 席仿良 绞肉机的设计 8 4 2 5 大带轮基准直径大带轮基准直径 mm 2 d d cmdid dd 17610076 1 12 由 B3 表 8 7 得 180mm 2 d d 4 2 6 带速验算 smvsm nd v d 3025 54 7 100060 1440100 100060 max 1 1 4 2 7 初定轴间距 mm 0 a mmdda dd 280 2 21 0 4 2 8 所需带的基准长度所需带的基准长度 mm 0 d L 0 2 0 4 2 2 12 210 a dd ddaL dd ddd 2804 80 280 2 2802 2 886mm 依 B1 表 8 1 8 取 900mm 即带型为 A 900 d L 4 2 9 实际轴间距 a mm LL aa dd 287 2 886900 280 2 0 0 4 2 10 小带轮包角 1 3 57180 12 1 a dd dd 3 57 287 80 180 山西农业大学工程技术学院 9 164 4 2 11 单根 V 带的基本额定功率 1 p 根据带型号 和普通 V 带查 B1 表 8 1 27 c 取 1 32kw 1 d d 1 n 4 2 12 时单根 V 带型额定功率增量1 i 1 P 根据带型号 和 查 B1 表 8 1 27 c 取 0 15kw 1 ni 4 2 13 V 带的根数 Z Z 49 3 87 0 96 0 15 0 32 1 8 4 11 La d kkpp P 小带轮包角修正系数查 B1 表 8 1 23 取 0 96 a k 带长修正系数查 B1 表 8 1 8 取 0 87 L k 4 2 14 单根 V 带的预紧力 0 F 2 0 1 5 2 500mv Zv P k F d a 2 54 7 1 0 54 7 4 8 4 1 96 0 5 2 500 134 N m V 带每米长的质量 kg m 查 B1 表 8 1 24 取 0 1k gm 4 2 15 作用在轴上的力 F 席仿良 绞肉机的设计 10 106182sin41342 2 sin2 1 0 NZFF 159282sin41343 2 sin3 1 0max NZFF 考虑新带初预紧力为正常预紧力的 1 5 倍 max F 4 2 16 带轮的结构和尺寸 带轮应既有足够的强度 又应使其结构工艺性好 质量分布均匀 重量轻 并 避免由于铸造而产生过大的应力 轮槽工作表面应光滑 表面粗糙度 以减轻带的磨损 mRa 2 3 带轮的材料为 HT200 查 B1 表 8 1 10 得基准宽度制 V 带轮轮槽尺寸 根据 带轮的基准直径查 B1 表 8 1 16 确定轮辐 2 45 40 12 A 63 B 0 1 A B 0 1 A 159 11 180 8 72 75 11 915 8 72 75 34 B 0 1 A 0 1 A B 63 A 2 45 3 2 40 R5 图 4 2 小带轮 图 4 3 大带轮 4 3 齿轮传动设计 4 3 1 选择材料 确定和及精度等级 limH limF 参考 B1 表 8 3 24 和表 8 3 25 选择两齿轮材料为 大 小齿轮均为 山西农业大学工程技术学院 11 40 并经调质及表面淬火 齿面硬度为 45 50HRc 精度等级为 6 级 r C 按硬度下限值 由 BI 图 8 3 8 d 中的 MQ 级质量指标查得 由 B1 图 8 3 9 d 中的 MQ 级质量指标查得MPa HH 1120 2lim1lim MPa FEFE 700 21 MPa FF 350 2lim1lim 4 3 2 按接触强度进行初步设计 4 3 2 1 确定中心距 a 按 B1 表 8 3 27 公式进行设计 3 2 1 1 Ha am u KT uACa 式中 配对材料修正系数 Cm 1 由 B1 表 8 3 28 查取 螺旋角系数 Aa 476 由 B1 表 8 3 29 查取 载荷系数 K 1 6 参考 B1 表 8 3 27 推荐值 小齿轮额定转矩 7 46 818 4 95499549 1 MN n P T 齿宽系数 0 4 参考 B1 表 8 3 4 推荐值 a 齿数比 u i 2 5 许用接触应力 参考 B1 表 8 3 27MPa HH 100811209 09 0 lim 推荐值 则取 a 80mm 9 69 10085 24 0 7 466 1 15 2 476 3 2 mma 4 3 2 2 确定模数 m 参考 B1 表 8 3 4 推荐表 m 0 007 0 02 a 0 56 1 6 取 m 1 5mm 席仿良 绞肉机的设计 12 4 3 2 3 确定齿数 z z 12 初取螺旋角 13 z 29 4 取 z 30 1 1 cos2 m a 15 2 5 1 13cos802 1 z z 2 5 30 75 取 z 75 21 2 重新确定螺旋角 142 10 802 7530 5 1 arccos 2 arccos 21 a zzmn 4 3 2 44 3 2 4 计算主要的几何尺寸 按计算主要的几何尺寸 按 B1B1 表表 8 8 3 3 5 5 进行计算 进行计算 分度圆的直径 d m z cos 1 5 30 cos 45 7mm 11 d m z cos 1 5 75 cos 114 3mm 22 齿顶圆直径 d d 2h 45 7 2 1 5 48 7mm 1a1a d d 2h 114 3 2 1 5 117 3mm 2a2a 端面压力角 查 B1 表 8 3 4 0 292 20 142 10cos 20 cos tg arctg tga arctg n t 基圆直径 d dcos cos20 292 40 2mm 1b1t 0 d d cos 348 cos20 292 107 2mm 2b2t 0 齿顶圆压力角 arccos 34 365 1at 1 1 a b d d 0 arccos 23 951 2at 2 2 a b d d 0 端面重合度 z tg tg z tg tg a 2 1 1 1at 2 2at 1 9 山西农业大学工程技术学院 13 齿宽 b a 0 4 80 32 取 b 32mm b 40mm a 21 齿宽系数 0 7 d 1 d b 7 45 32 纵向重合度 1 2 5 1 142 10sin32sin n m b 当量齿数 31 45 3 11 cos zzv 78 628 3 22 cos zzv 4 3 3 校核齿面接触强度 按 B1 表 8 3 10 校核 强度条件 H H 计算应力 ZZ Z Z Z 1H HBE 1 1 bd F KKKk t HHVA 2H 1H B D Z Z 式中 名义切向力 F 2044N t 1 1 2000 d T 7 45 7 462000 使用系数 K 1 由 B1 表 8 3 31 查取 A 动载系数 V K VA A 200 B 式中 V s m nd 95 1 100060 818 7 45 100060 11 A 83 6 B 0 4 C 6 57 1 2 V K 齿向载荷分布系数 K 1 35 由 B1 表 8 3 32 按硬齿面齿轮 装配时检修 H 调整 6 级精度 K非对称支称公式计算 H 34 1 齿间载荷分配系数 由 B1 表 8 3 33 查取 0 1 H K 席仿良 绞肉机的设计 14 节点区域系数 1 5 由 B1 图 8 3 11 查取 H Z 重合度的系数 由 B1 图 8 3 12 查取 77 0 Z 螺旋角系数 由 B1 图 8 3 13 查取 80 0 Z 弹性系数 由 B1 表 8 3 34 查取 MPaZE 8 189 单对齿齿合系数 Z 1 B 1H 2H 32 7 45 2044 5 2 15 2 0 135 1 05 1 80 0 77 0 8 1895 11 245 5MPa 许用应力 H XWRVLNT H H ZZZZZZ S lim lim 式中 极限应力 1120MPa limH 最小安全系数 1 1 由 B1 表 8 3 35 查取 limH S 寿命系数 0 92 由 B1 图 8 3 17 查取 NT Z 润滑剂系数 1 05 由 B1 图 8 3 19 查取 按油粘度等于 350 L Z s m 速度系数 0 96 按由 B1 图 8 3 20 查取 V Z 95 1 s m 粗糙度系数 0 9 由 B1 图 8 3 21 查取 R Z 齿面工作硬化系数 1 03 按齿面硬度 45HRC 由 B1 图 8 3 22 查取 W Z 尺寸系数 1 由 B1 图 8 3 23 查取 X Z 则 826MPa H 03 1 85 0 96 0 05 1 92 0 1 1 1120 满足 H H 4 3 4 校核齿根的强度 按 B1 表 8 3 30 校核 山西农业大学工程技术学院 15 强度条件 1F 1F 许用应力 1F FFVASaFa n t KKKKYYYY bm F 11 22 12 SF SF FF YY YY 式中 齿形系数 2 61 2 2 由 B1 图 8 3 15 a 查取 1 F Y 2 F Y 应力修正系数 由 B1 图 8 3 16 a 查取 6 1 1 Sa Y77 1 2 Sa Y 重合度系数 1 9 Y 螺旋角系数 1 0 由 B1 图 8 3 14 查取 Y 齿向载荷分布系数 1 3 其中 N 0 94 按 B1 表 8 3 30 计算 F K N H K 齿间载荷分配系数 1 0 由 B1 表 8 3 33 查取 F K 则 94 8MPa 1F 88 3MPa 2F 1F 6 161 2 2 277 1 许用应力 按值较小齿轮校核 F XlTrelTNTST F F YYYYY S Re lim lim limF 式中 极限应力 350MPa limF 安全系数 1 25 按 B1 表 8 3 35 查取 limF S 应力修正系数 2 按 B1 表 8 3 30 查取 ST Y 寿命系数 0 9 按 B1 图 8 3 18 查取 ST Y 齿根圆角敏感系数 0 97 按 B1 图 8 3 25 查取 relT Y 齿根表面状况系数 1 按 B1 图 8 3 26 查取 lT YRe 尺寸系数 1 按 B1 图 8 3 24 查取 X Y 席仿良 绞肉机的设计 16 则 F MPa48997 0 9 02 25 1 350 满足 验算结果安全 2F 1F F 4 3 5 齿轮及齿轮副精度的检验项目计算 大齿轮 4 3 5 1 确定齿厚偏差代号 确定齿厚偏差代号为 6KL GB10095 88 参考 B1 表 8 3 54 查取 4 3 5 2 确定齿轮的三个公差组的检验项目及公差值 参考 B1 表 8 3 58 查取 第 公差组检验切向综合公差 1 i F 0 063 0 009 0 072mm 按 B1 表 8 3 69 计算 由 B1 表 8 3 1 i F fP FF 60 表 8 3 59 查取 第 公差组检验齿切向综合公差 0 6 0 6 0 009 0 011 1 i f 1 i f tpt ff 0 012mm 按 B1 表 8 3 69 计算 由 B1 表 8 3 59 查取 第 公差组检验齿向公差 0 012 由 B1 表 8 3 61 查取 F 4 3 5 34 3 5 3 确定齿轮副的检验项目与公差值 参考确定齿轮副的检验项目与公差值 参考 B1B1 表表 8 8 3 3 5858 选择 选择 对齿轮 检验公法线长度的偏差 按齿厚偏差的代号 KL 根据表 8 3 53 w E 的计算式求得齿厚的上偏差 12 12 0 009 0 108mm 齿厚下偏差 16 ss E pt f si E 16 0 009 0 144mm 公法线的平均长度上偏差 cos pt f WS E ss E 0 72sin 0 108 cos 0 72 0 110mm 下偏差 cos T F 0 20 0 20sin36 0 a wi E si E 0 72sin 0 144 cos 0 72 0 036 sin 0 126mm 按表 8 3 19 T F 0 20 0 20 及其表注说明求得公法线长度 87 652 跨齿数 K 10 则公法线长度偏差可表 kn W 示为 110 0 126 0 652 87 对齿轮传动 检验中心距极限偏差 根据中心距 a 80mm 由表查得 8 3 f 65 查得 检验接触斑点 由表 8 3 64 查得接触斑点沿齿高不小于 f023 0 山西农业大学工程技术学院 17 40 沿齿长不小于 70 检验齿轮副的切向综合公差 0 05 0 072 0 125mm 根 ic F 据 B1 表 8 3 58 的表注 3 由 B1 表 8 3 69 B1 表 8 3 59 及 B1 表 8 3 60 计算与查取 检验齿切向综合公差 0 0228mm ic f 根据 B1 表 8 3 58 的表注 3 由 B1 表 8 3 69 B1 表 8 3 59 计算与查取 对箱体 检验轴线的平行度公差 0 012mm 0 006mm 由 B1 表 8 3 63 x f y f 查取 4 3 5 44 3 5 4 确定齿坯的精度要求按确定齿坯的精度要求按 B1B1 表表 8 8 3 3 6666 和和 8 8 3 3 6767 查取 查取 根据大齿轮的功率 确定大轮的孔径为 33mm 其尺寸和形状公差均为 6 级 即 0 016mm 齿轮的径向和端面跳动公差为 0 014mm 如图 4 4 0 014 A 1 6 1 6 0 8 0 8 1 6 94 75 52 8 88 128 2 45 470 0 0 1 458 图 4 4 大齿轮简图 4 4 轴的设计 4 4 1 按扭转强度的计算 席仿良 绞肉机的设计 18 用实心轴 3 3 5 n P A T d 式中 d 轴的直径 mm T 轴传递的转矩 N mm P 轴传递的额定功率 kw n 轴的转速 r min 轴材料的许用切应力 Mpa30 A 系数 见 1 表 4 1 8 这里取 120 根据上面公式计算 齿轮轴的最小直径 d 20mm 大齿轮轴的最小直径 d 20mm 依据结构 设计如图 223 22 16 20 0 079 0 02 23 25 0 079 0 02 31 45 7 31 25 0 079 0 02 40152040 20 26 45 图 4 5 齿轮轴 30 0 079 0 02 63 0 8 2 45 26 182 47 27 30 0 079 0 02 33 0 079 0 02 32 图 4 6 低速轴 5 绞绞 刀刀 设设 计计 绞刀的作用是切割物料 它的内孔为方形 安装在绞笼前端的方轴上随其一起 旋转 刀刃的安装方向应与绞笼旋向相同 绞刀的规格有 2 刃 3 刃 4 刃 6 刃 山西农业大学工程技术学院 19 8 刃 绞刀用 ZG65 Mn 材料制造 淬火硬度为 HRC55 60 刃口要锋利 与样板配合 平面应平整 光滑 5 1 绞刀的设计 绞刀的几何参数对所绞出肉的颗粒度以及产品质量有着很大的影响 现对十字 刀片的各主要几何参数进行设计 十字刀片如图 5 1 所示 其每一刃部的绞肉 指切割肉的 线速度 分布亦如该 图所示 从图上可以看出其刃部任一点位置上只有法向速度 v 图 5 1 绞肉机绞刀片示意图及每一叶刀片上速度分布 其值为 30000 n vpRr 式中 刀片刃部任一点的线速度 m s p v n 刀片的旋转速度 rpm 刀片刃部任一点至旋转中心的距离 mm r 刀刃起始点半径 m m R 刀刃终止点半径 mm 席仿良 绞肉机的设计 20 再从任一叶刀片的横截面上来看 图 5 1 A A 截面 其刃部后角较大 而 前角及刃倾角都为零 因此 该刀片的几何参数 角度 不尽合理 故再将以一叶刀片的与网眼扳相接 触的一条刀刃为对象 分析刀片上各参数的作用及其影响 设计各参数 5 1 1 刀刃的起讫位置 绞肉时 绞肉机的十字刀片作旋转运动 从式 I 可以看出 在转速一定的条件 下 刀刃离旋转中心点越远 则绞肉 指切割肉的 线速度越快 并且在螺杆进科速 度也一定的条件下 假定绞肉时刀片所消耗的功全部转化为热能 则任一与网眼板 相接触的刀刃 在单位时间内产生的热量为 VFQ 式中 Q 单位时间内任一与网眼板相接触的刀刃切割肉所产生的热量 J s F 铰肉时任一与网眼板相接触的刀刃上的切割力 N 参见第二部分刀刃 的前角式 4 任一刀刃切割肉的线速度 m s 所以 绞肉 切割肉 的线速度越快 则所产生的热量也越大 因此绞肉的线速 度不能很高 根据经验 我们知道一般绞肉时刀刃切割肉的钱速度处在 30 一 90m min 之间最为理想 因此由这些数据可估算出刀刃的起讫位置 即刃的起点半 径和终点半径 R 根据式 1 得 3 n 30000 我们已知十字刀片得转速n 326r min 当时 min 30m min 0 5m s r mm65 145 0 326 30000 当时 min R 山西农业大学工程技术学院 21 smm R 5 1min 90 R mmR94 435 1 326 30000 圆整后取 r 15mm R 45mm 5 1 2刀刃的前角 当十字刀片绞肉时 其任一与网限板相接触的刀刃上的受力情况如图 5 2 所示 图5 2 与网眼板相接触的刀刃的受力分析 根据图5 2可知 fnfn FFFFFF 其值为 sincos sincos fnf nfn FFFFF FFF 因为刀刃与网眼板的摩擦力为 nf FF 肉与前刀面的摩擦力为 nf FF 整理得 4 cos 1 2 nn FFFF 席仿良 绞肉机的设计 22 式中 F 铰肉时任一与网眼板相接触的刀刃上的切割力 N 刀片绞肉时肉的剪切抗力 N F 刀刃与网眼板的摩擦系数 肉被剪切时与前刀面的摩擦系数 刀片的前角 900 网眼板作用于刀刃上的压力 N n F 肉被切割时作用于前刀面的压力 N n F 由于 AF 式中 肉的抗剪应力 与肉的质地有关 肉被剪切的面积 与网眼板的网眼直径有关 A 所以与肉的质地及网眼的直径有关 故选定网眼板之后 可以看成为常量 F F 故令 1 CF 由于是网眼板作用于刀刃上的压力 可以看为刀片的预紧压力 是常量 故令 n F 是刀片切割肉时 肉对前刀面的压力与速度v有关 故令 2 CFn F vn FF 简化式 4 得 5 cos 1 2 21 v FCCF 从式 5 和式 2 可知 刀刃前角的大小 直接影响着绞肉过程中的切割力 以及切割肉时所产生的温度 在刀片旋转速度以及螺杆进料速度都一定的情况下 前角大 切割肉所需的力 和切割肉所产生的热都小 反之 则大 但前角很大时 则因刀具散热体积小而使 切割肉时所产生的温度不能很快冷却 因此 在一定的条件下 前角有一合理的数 值范围 一般取 肉质软取大值 反之取小值 4025 5 1 35 1 3刀刃的后角刀刃的后角 山西农业大学工程技术学院 23 刀刃后角的目的 一是减小后刀面与网眼板 包括三眼板 表面的摩擦 二是在 前角不变的情况下 增大后角能使刀刃锋利 刀片磨损后将使刀刃变钝 使肉在绞肉 切割 过程中变形能增加 同时由于磨 损后刀片的后角基本为零 加大了刀片与网眼扳的摩擦 两者都使绞肉过程中产生 的热量增多 另外 在同样的磨钝标准V B下 后角大的刀片由新用到钝所磨去的金属体积较 大 如图5 3所示 这说明增大后角可提高刀片的耐用度 但同时也带来的问题是刀 片的N B磨损值大 反映在刀体材料的磨损过大这一方面 并且刀刃极度也有所削弱 故后角也有一合理的数值范围 一般取 肉质软取大值反之取小值 53 图5 3 后角与VB NB的关系 5 1 4 刀刃的刃倾角 从分析由前刀面和后刀面所形成的刀刃来得知刀倾角对刀片性能的影响情况 在任一叶刀片的法剖面内 当把刀刃放大看时 可以把刀刃看成是一段半径为的圆弧 r 图 5 4 由于刀刃有刃倾角 故在线速度方向剖面内的刀刃将变成椭圆弧 斜剖刀刃圆柱所 得 席仿良 绞肉机的设计 24 图 5 4 刃倾角与刀刃锋利度 椭圆的长半径处的曲率半径 即为刀刃实际纯圆半径 e r0 其关系为 6 cos 0ne rr 由此可见 增大刀倾角的绝对值 可减小刀刃的实际钝圆半径 这就说明 e r0 增大刃倾角就可使刀刃变得较为锋利 一旦刀刃的起讫半径 r 及 R 确定后 其最大初始刃倾角就可确定了 参见 max0 图 5 5 图 5 5 7 Rr arcsin max0 初始刃倾角按下式计算 见图 5 6 山西农业大学工程技术学院 25 图 5 6 初始刃倾角计算用示意图 8 22 0 bRbrarctg 式中 r 刀刃起始点半径 mm R 刀刃终止点半径 mm b 叶刀片外端宽度 mm 初始刃倾角 0 5 1 55 1 5 刀刃上任一点位量上绞肉速度刀刃上任一点位量上绞肉速度 由于有了刃倾角 故刀刃上任一点相对于网眼板的速度 将可以分解为垂直于刃的法向 v 速度分量和平行于刃的切向速度 分量 参见图 5 7 n v r v 即 vvv n 其值为 30000 Rprp n v cosvvn sinvvr 席仿良 绞肉机的设计 26 图 5 7 刀刃上任一点的速度示意图 又因为 sin sin R 所以 30000 sin cos 222 R 整理得 30000 sin 222 Rnvn 30000 sin nRv Rpr 式中 刀刃上任一点位置的法向速度分度 m s n v 刀刃上任一点位置的切向速度分量 m s v 刀刃上任一点至刀片旋转中心距离 mm 刀刃的初始刃倾角 与刀刃相切的圆计算半径 mm R 刀刃的终点半径 mm r 刀刃的起点半径 mm 5 1 65 1 6 刀片的结构刀片的结构 根据以上对绞刀各个几何参数的分析 得出绞刀的结构图 图 5 8 此绞刀 的特点 1 后角取 4 刀片的寿命较长 2 前角取 30 以减小绞肉所需的力及功率 山西农业大学工程技术学院 27 3 增加刃倾角 以提高刀刃的锋利度 4 采用全圆弧形的前刀面结构 以改善刀刃的强度 5 采用可换式刀片结构 以节约刀体材料并可选用不同几何参数刀片 R65 40 A 15 8 8 15 A R65 40 6 5 30 R65 40 n 图 5 8 2 刃 4 刃 8 刃绞刀 6 生产能力分析生产能力分析 6 1 绞刀的切割能力 切刀的切割能力 可用下式计算 4 60 2 2 hcmZ D nF 席仿良 绞肉机的设计 28 式中 F 绞刀切割能力 hcm 2 n 绞刀转速 r min 326r min D 挤肉样板外径 mm 168mm 孔眼总面积与样板面积之比 一般取 0 3 0 4 取 0 4 Z 绞刀刃数 取 6 2 绞肉机的生产能力 G 生产能力 G kg h A F F G 1 式中 被切割 1kg 物料的面积 其值与孔眼直径有关 1 Fhcm 2 A 绞刀切割能力利用系数 一般为 0 7 0 75 6 3 功率消耗 N 功率消耗 N 可用下式计算 kw WG N 式中 W 切割 1kg 物料耗用能量 其值与孔眼有关 kw h kg 传动效率 由生产能力计算可知 在 N D 一定的条件下 绞刀的刃数越多 生产能力越大 但是不同刃数的绞刀应与不同孔径的挤肉样板相匹配 才能得到较为合理的生产量