Автоматизация загрузки штучных предметов обработки в технологические машины и линии во многих отраслях промышленности является одной из наиболее сложных задач по автоматизации технологических процессов, что обусловлено разнообразием предметов обработки.

В пищевой промышленности плоскостные призматические предметы обработки в форме кубиков, например прессованная соль, прессованный сахар появились достаточно давно. В настоящее время одним из направлений развития пищевых и перерабатывающих отраслей стало производство бульонных кубиков и других аналогичных изделий. САЗ на базе центробежного БЗУ для подачи кубических изделий нашли применение на пищевых предприятиях, как нашей страны, так и за рубежом.

САЗ на базе центробежного БЗУ [1], изготовленная отечественным производителем и используемая для автоматической подачи к заверточно-упаковочной машине прессованного сахара или прессованной соли показана на рисунке 1.

Рисунок 1 ? Схема системы автоматической загрузки прессованного сахара

Принцип действия САЗ с центробежным БЗУ для подачи прессованного сахара заключается в следующем. Сахар периодически загружается в приемник 6, из которого поступает на вибрационный лоток-дозатор 7.

Изменяя амплитуду колебания лотка-дозатора регулируют количество сахара, подаваемого одним слоем в центробежное БЗУ.

Центробежное БЗУ представляет собой плоский, в центре слегка конусный диск 2 с неподвижным бортом, вращающийся вокруг вертикальной оси с частотой вращения 160 об./мин. Диаметр вращающегося диска D = 0,5 м. Производительность центробежного БЗУ при указанной частоте вращения составляет 300-400 шт./мин.

Куски прессованного сахара под действием центробежной силы перемещаются к периферии диска, и, ориентируюсь вдоль неподвижного борта, подаются диском к вращающемуся ролику 1 механизма контроля положения и отсекающего устройства.

Зазор между роликом и бортом выбран так, чтобы правильно ориентированный сахар проходил свободно, а неправильно ориентированный - вращающимся роликом отбрасывался бы к центру диска для повторного ориентирования.

Для отсева мелочи и крошек прессованного сахара вращающийся диск перфорирован.

Таким образом, в центробежном БЗУ первичное ориентирование осуществляется ориентирующими поверхностями, которыми являются поверхности диска и борта, а вторичное ориентирование, имеющее пассивный характер, осуществляется вращающимся роликом 1.

Сориентированные куски прессованного сахара попадают в лоток 3 и подаются на ленточный транспортер-накопитель 4. Прессованные кубики сахара перемещаются транспортером-накопителем к механизму выдачи 5, совершающему возвратно-поступательное движение и подающему по два куска прессованного сахара к заверточной машине автоматической линии изготовления и упаковки.

На рисунке 2 показана САЗ с механическим центробежным БЗУ, изготовленная итальянским производителем и используемая для автоматической загрузки бульонных кубиков в автомат, упаковывающий кубики порциями по несколько штук в полимерные пакеты с требуемой производительностью.

Рисунок 2 ? Схема системы автоматической загрузки бульонных кубиков

Основным функциональным элементом САЗ для бульонных кубиков является центробежное БЗУ, которое, в отличие от рассмотренного ранее, представляет собой наклоненный под некоторым углом бункер 2. Бункер образован конусным вращающимся диском диаметром 1 м, частота вращения которого не более 30 об./мин, и обечайкой со спиралевидным лотком. Производительность центробежного БЗУ составляет 450-650 шт./мин.

Бульонные кубики с помощью транспортного устройства 1 поступают из штамповочно-упаковочного автомата в бункер и оказываются на поверхности диска 4. Под воздействием центробежной силы кубики располагаются по окружности диска хаотичными рядами.

Датчик-контроллер 14 предохраняет бункер от переполнения путем передачи команды транспортному устройству 1 на подачу предметов обработки или ее отмену. Последний ряд кубиков, расположившихся по периферии диска 4, увлекаясь кольцом 3, перемещаются к приемнику 7. При этом наличие отсекателя 5 над кольцом обеспечивает правильную ориентацию и наличие только одного ряда кубиков.

Бульонные кубики, поступившие к приемнику, направляются в накопительно-передающее устройство, состоящее из лотка накопителя 8, датчиков-контроллеров 9 и 10, осуществляющих контроль наличия или отсутствия предметов обработки, и ленточного конвейера 13, предназначенного для перемещения кубиков в требуемом направлении.

Так, при переполнении лотка накопителя 8, датчик-контроллер 9 отправляет сигнал на включение управляемого выталкивателя 6, под действием которого начинается сбрасывание бульонных кубиков с кольца 3 по заданной траектории обратно в бункер 2. Когда в лотке накопителе освобождается место для предметов обработки, то срабатывает датчик-контроллер 10, который отдает команду на закрытие управляемого выталкивателя 6, что способствует беспрепятственному поступлению бульонных кубиков к выдающему устройству 11.

Выдающее устройство 11 обеспечивает выдачу ориентированных бульонных кубиков из САЗ порциями по k штук в элеваторное транспортное устройство 12 автоматической линии упаковки кубиков в соответствии с требуемой производительностью.

Анализ рассмотренных САЗ на базе центробежных БЗУ позволяет сделать несколько выводов. Во-первых, несмотря на то, что прессованный сахар и бульонные кубики, хотя и имеют почти одинаковые геометрические параметры (форма и размеры), но сильно отличаются физико-механическим параметрам (прочность, масса, плотность), рассмотренные САЗ для их автоматической подачи в упаковочные машины сходны по конструктивному исполнению. Во-вторых, производительность рассмотренных БЗУ для подачи изделий в форме кубиков сильно отличается друг от друга. Так центробежное БЗУ для прессованного сахара при достаточно высокой частоте вращения 160 об./мин обеспечивает автоматическую подачу лишь 300-400 шт./мин. Центробежное БЗУ для бульонных кубиков при сравнительно меньшей частоте вращения 30 об./мин обладает более высокой производительностью 450-650 шт./мин. В-третьих, центробежное БЗУ для бульонных кубиков обеспечивает захват, ориентирование и выдачу изделий при значительно меньших частотах вращения диска, но с гораздо большей производительностью по сравнению с центробежным БЗУ для прессованного сахара. На основе этого, можно сделать вывод о том, что такие конструктивные параметры БЗУ, как угол наклона бункера и диаметр вращающегося диска, оказывают влияние на производительность БЗУ. При этом, центробежное БЗУ, бункер которого наклонен под углом к горизонту, более производительно, а увеличение диаметра диска позволяет снизить частоту его вращения, не теряя при этом в производительности БЗУ.

При конструировании САЗ, имеющих в своей структуре центробежное БЗУ и осуществляющих автоматическую загрузку штучных предметов обработки в форме кубиков, необходимо стремиться к тому, чтобы производительность САЗ была максимальна, а загружаемые изделия не изменяли в САЗ своих свойств. Фактическая производительность БЗУ зависит, в первую очередь, от частоты вращения диска [2], которая, как показал приведенный ранее анализ, в центробежных БЗУ достаточно велика. Поэтому в результате захвата изделий, осуществляемого в центробежных БЗУ на высоких частотах вращения диска, происходят значительные их соударения друг о друга и о направляющие поверхности БЗУ.

Рассматриваемые изделия, в частности бульонные кубики, являются хрупкими, обладают малой прочностью и имеют легко повреждаемую поверхность. Поэтому в процессе соударения изделий возможно истирание и нарушение целостности их внешних поверхностей, что отрицательно скажется на качестве готового изделия. Возникающие в процессе соударений дефекты поверхности кубиков будут тем меньше, чем меньше значение частоты вращения диска БЗУ. Однако, при уменьшении величины n ухудшаться условия ворошения изделий в бункере БЗУ, что приведет к уменьшению вероятности захвата предметов обработки и снижению фактической производительности БЗУ.

На качество кубиков особое влияние оказывает уровень засыпки бункера БЗУ кубиками. Так как в рассмотренных ранее конструкциях БЗУ изделия в бункер засыпаются равномерно, а уровень их засыпки регулируется специальными датчиками, то в данном случае влияние уровня засыпки на качество кубиков можно не рассматривать. При этом необходимо учитывать то, что устройство, обеспечивающее подачу кубиков в бункер БЗУ, должно располагаться на такой высоте, падая с которой на поверхность вращающегося диска, изделия не будут раскалываться и их поверхность будет без дефектов.

Как показал анализ конструкций центробежных БЗУ для прессованного сахара и бульонных кубиков на производительность центробежных БЗУ значительное влияние оказывает диаметр вращающегося диска. С одной стороны, чем больше значение D, тем меньше частота вращения диска, тем незначительнее соударения предметов обработки друг о друга. С другой стороны, увеличение диаметра приводит к тому, что изделия, попадающие в центральную часть диска, в процессе его вращения приближаются к периферии с гораздо большей скоростью, чем при меньших значениях диаметра диска. Это происходит потому, что кубики к периферии диска движутся равноускоренно и, чем длиннее путь l (величина l тем больше, чем больше радиус диска), проходимый кубиком, тем больше значение скорости в конце этого пути, тем сильнее удар кубиков о стенку бункера БЗУ.

На процесс движения загружаемых изделий по поверхности вращающегося диска и направляющим поверхностям БЗУ значительное влияние оказывает величина коэффициента трения между кубиками и элементами конструкции БЗУ. Если значение коэффициента трения невелико, то изделия не смогут сдвинуться с периферии диска на лоток, являющийся направляющей поверхностью, с достаточной для продолжения движения скоростью. При больших значениях коэффициента трения изделия не смогут начать движение из центра бункера к его периферии, а также двигаться по спиралевидному лотку БЗУ.

Таким образом, при конструировании САЗ, имеющих в своей структуре центробежное БЗУ и обеспечивающих автоматическую загрузку штучных предметов обработки в форме кубиков, необходимо учитывать конструктивные (угол наклона бункера, коэффициент трения) и кинематические (частота вращения диска) параметры БЗУ и геометрические (размеры) и физико-механические (прочность, масса) параметры загружаемых изделий.

Влияние указанных параметров на производительность БЗУ и качество изделий нельзя оценивать с какой-либо одной стороны. Необходим комплексный подход, заключающийся в сочетании аналитических и экспериментальных исследований процессов захвата, ориентирования и выдачи кубиков в центробежном БЗУ с использованием разнообразных методов моделирования. Анализ известных подходов, посвященных теоретическому и экспериментальному исследованию САЗ на базе центробежного БЗУ, поможет сформулировать задачи, которые позволят с научной точки зрения решить проблемы автоматической загрузки изделий в форме кубиков и обоснованно выбрать оптимальные параметры САЗ с позиций обеспечения высокой производительности упаковочных машин и линий без потери качества изделий.

пищевой автоматический загрузка кубик

Литература

1. Шапран, В.З. Автоматические питатели заверточных машин. ? Киев: «Техника», 1969. ? 239 с.

2. Прейс, В.В., Усенко, Н.А., Давыдова, Е.В. Автоматические загрузочно-ориентирующие устройства. Ч. 1. Механические бункерные загрузочные устройства. - Тула, Изд-во ТулГУ, 2006. ? 125 с.

Размещено на Allbest.ru