4 Оборудование для наполнения оболочки
4.1 Процесс шприцевания в шприцах существующих конструкций
Процессы шприцевания, дозирования и формования в колбасном производстве наряду с другими технологическими операциями предопределяют качественные характеристики готового продукта. Точное соблюдение рецептуры фарша по количественному и качественному составу исходного сырья и добавок, обеспечение оптимальных условий при его приготовлении и оптимизация процессов шприцевания и формования колбасных изделий являются гарантией получения высококачественной продукции. Вместе с тем следует отметить, что процессы шприцевания, формования и дозирования еще недостаточно механизированы и требуют больших затрат ручного труда. При формовании колбасных изделий не учитывают структурно-механических свойств фарша и их изменения при варке, давления при набивке в оболочку или форму, температурных изменений оболочки при термообработке колбасных батонов. Многие из этих недостатков имеют место в дозирующих и формующих автоматах, применяемых на мясокомбинатах. Одним из важнейших направлений при оптимизации процесса шприцевания являются правильный подбор конструкции шприца и определение диапазона его практического использования.
Шприцевание, формование и дозирование колбасных изделий производят путем наполнения фаршем естественной, искусственной оболочки или жесткой формы (металлической). Механизированное наполнение оболочек и форм осуществляется шприцами. Шприцы в основном состоят из резервуара для фарша, вытеснителя (насоса), фаршепровода, цевки или формующего устройства и привода. Внутренний диаметр оболочки должен совпадать с наружным диаметром цевки, на которую она одевается. Формующие устройства обычно применяют квадратного, круглого и прямоугольного сечений.
Шприцы в зависимости от типа вытеснителя разделяют на машины периодического и непрерывного действия. Конструкции шприцев должны удовлетворять следующим основным требованиям: исключение возможности попадания воздуха в фарш; сохранение структуры и целости формы шпика при заполнении оболочек; возможность быстрой очистки и промывки мест соприкосновения с фаршем, а также регулирования скорости истечения фарша в зависимости от вида фарша, диаметра цевки и т. д.; малый удельный расход энергии при высокой производительности; надежность конструкции, удобство загрузки фарша, простота управления, безопасность работы. Наиболее полно удовлетворяют этим требованиям шприцы периодического действия с поршневым вытеснителем. По сравнению со шприцами периодического действия шприцы непрерывного действия имеют более высокую производительность, и их можно включать в поточно-механизированные и автоматизированные линии.
Рассмотрим некоторые конструкции шприцев непрерывного действия.
Эксцентриково-лопастные вытеснители — устройства непрерывного действия. Они создают в продукте нормальные, объемные напряжения, не влияющие на физические свойства фарша и не вызывающие перераспределения его компонентов. Их конструкция позволят обрабатывать все виды фаршей. Вытеснитель состоит из цилиндрического ротора, в котором проделаны радиальные пазы для пластин. Пластины одинаковой длины скользят по внутренней поверхности корпуса, в котором ротор установлен эксцентрично. Это общий принцип конструкций, а реально устройство вытеснителей разнообразно.
На рис. 9.37а показан эксцентриково-лопастной вытеснитель для шприцов малой производительности (до 2500 кг/ч). В его роторе 1 проделаны восемь радиальных пазов, в которые вставлены четыре пластины 2, имеющие одинаковую длину. Пластины в средней части имеют прямоугольные углубления, которые позволяют собрать их в один узел. Концы пластин образуют восемь лопастей, которые перемещают фарш внутри корпуса 4. Контур внутренней поверхности корпуса обеспечивает создание шести зон: замыкание 1, вакуумирование 5, загрузка 6, сжатие 7 и выгрузка 8. В то же время диаметральное расстояние между стенками должно быть равно длине пластины, проходящей через центр эксцентрично установленного ротора. Подобная схема обеспечивает создание замкнутых полостей между соседними пластинами, стенками ротора и корпуса. В точке 1 стенка ротора примыкает к стенке корпуса, при этом объем полости равен нулю.
Далее между ними образуется зазор, возникают полости, из которых вакуумным насосом отсасывается воздух. В зоне 6 наибольший объем полости, и в нее поступает из загрузочного бункера фарш. В этом случае вакуумирование преследует две цели: 1) быстрое и полное заполнение полостей фаршем и 2) удаление воздуха из фарша (деаэрация). Затем в зоне 7 постепенно уменьшается зазор между ротором и стенками, что приводит к сжатию фарша. И наконец, в зоне 8 фарш выдавливается в отводящий патрубок.
а
б
Рис. 9.37 Эксцентриково-лопастные вытеснители:а — фирмы ≪Фемаг≫ (Германия); б — фирмы ≪Хандтман≫ (Германия): 1 — зона замыкания; 2 — лопасть; 3 — ротор; 4 — корпус; 5 — зона выкуумирования; 6 — зона загрузки; 7 — зона сжатия; 8 — зона выгрузки; 9 — кулачок
На рис. 9.38 показана принципиальная схема шприца с эксцентриково-лопастным вытеснителем и механизмом перекрутки фирмы ≪Альпина≫ (Швейцария). На корпусе машины 14 закреплен корпус 10 вытеснителя, в котором установлен эксцентрично ротор 13 и лопасти 12. Лопасти перемещаются по поверхности неподвижного кулачка 11. Фарш в вытеснитель поступает через горловину из бункера 7, в котором вращается подающая спираль 8, обеспечивающая равномерность поступления продукта. Спираль связана с зубчатым венцом 9, который входит в зацепление с шестерней (на рис. не показана). Шестерня через вал приводится во вращение от привода вытеснителя.
Путь движения фарша из вытеснителя к выходному отверстию 6 предельно короткий, а размеры входного и выходного отверстий позволяют бережно без перетирания транспортировать фарш в цевку. Наибольший диаметр цевки при ручной набивке 37 мм.
На шприце предусмотрены возможности: установки цевки большого диаметра для набивки колбасных оболочек с поддерживанием рабочим и наложением клипсы; с установкой перекручивающего механизма и перекрутки сосисок, сарделек и колбас с поддерживанием их вручную; с установкой поддерживающего механизма для набивки, порционирования и перекрутки сосисок в автоматическом режиме.
Рис. 9.38 Принципиальная схема шприца с эксцентриково-лопастным вытеснителем и механизмом перекрутки фирмы «Альпина»:1 — оболочка; 2 — цевка; 3 — накидная гайка; 4 — втулка; 5 — зубчатый ремень; 6 — выходное отверстие; 7 — бункер; 8 — подающая спираль; 9 — зубчатый венец; 10 — корпус вытеснителя; 11 — кулачок; 12 — лопасть; 13 — ротор; 14 — корпус; 15 — фиксирующая рукоятка; 16 — шкив; 17 — корпус механизма перекрутки
Механизм перекрутки имеет корпус 17, который фиксируют на выводном отверстии рукояткой 15 зажима. В корпусе расположена на подшипниках втулка 4, к которой накидной гайкой 3 присоединяют цевку 2. Втулка с цевкой приводится во вращение зубчатым ремнем 5 через шкив 16, соединенный с сервомотором. Управление сервомотором производится микропроцессором.
Однако, в эксцентриково-лопастных шприцах объем рабочего пространства между двумя лопастями при перемещении фарша из зоны всасывания в зону нагнетания изменяется. В результате этого увеличиваются
локальные давления в перемещаемом объеме, что создает предпосылки для обратного перепуска продукта.
Перепуск облегчается с уменьшением толщины лопатки и увеличением зазора между ней и статором, что имеет место при эксплуатации насоса. Перепуск при повышении давления может быть столь большим, что вытеснитель работает ≪на себя≫. При этом продукт интенсивно перетирается, что ухудшает его качества.
Широкое применение в мясной промышленности получили шприцы с двухвинтовыми вытеснителями.
Двухвинтовые вытеснители имеют подпорные шнеки, давление при нагнетании создается двумя находящимися в зацеплении винтами. Фарш перемещается вдоль нарезки винта за счет вытеснения его из впадины выступом соседнего винта. Таким образом, фарш как бы течет во впадине между двумя выступами и проходит путь, равный длине винтовой линии. Такой метод силового воздействия на продукт приводит к его интенсивному смятию и перетиранию. Обратный перепуск возможен через зазор между винтами и статором. Величина зазора при работе увеличивается вследствие износа поверхности винтовой нарезки от распорных усилий между винтами. На рис. 9.39 показан шприц с двухвинтовым вытеснителем (насосом) конструкции Д. И. Косого. Шприцы этого типа применяют для фаршей вареных колбас, а также для продуктов (детское питание, паштеты, фарш ливерных колбас и др.), где требуется повышенная гомогенизация.