PL248323B1 - Cylindryczny zespół rozdrabniający, zwłaszcza do mięsa - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest cylindryczny zespół rozdrabniający zwłaszcza do mięsa, przeznaczony do precyzyjnego mielenia biologicznych materiałów plastycznych z włóknami naturalnymi, mięsa zwierząt domowych i dziko hodowanych, surowców biologicznych, materiałów niejednorodnych o zawartości wody i/lub tłuszczu. Zespół rozdrabniający składa się z obudowy cylindrycznej (1) oraz obudowy cylindrycznej z otworami (2), połączonych wzajemnie za pomocą nakrętki łączącej (17), wewnątrz których usytuowany jest nóż śrubowy (3), który zamontowany jest w łożysku tocznym w obudowie cylindrycznej (1) oraz w łożysku ślizgowym w bieżni stałej łożyska ślizgowego (16) i połączony jest za pomocą przekładni mechanicznej (8) z silnikiem elektrycznym (7), przy czym bieżnia stała łożyska ślizgowego (16) zamontowana jest do obudowy cylindrycznej z otworami (2) i wraz ze sprężyną (13), polimerowa podkładką śrubową (14), stalową podkładką tarczową (6), polimerową podkładką ślizgową (15), nakrętką dociskową (12), zapewnia pasowanie ruchowe noża śrubowego (3) i wewnętrznej powierzchni obudowy cylindrycznej z otworami (2), przy czym zbieżności, zewnętrzna noża śrubowego (3) i wewnętrzna obudowy cylindrycznej z otworami (2) są takie same i wynoszą 2,5°, zaś do obudowy cylindrycznej z otworami (2) zamontowany jest zsyp zbierający (5), poniżej którego usytuowany jest kosz zbierający (11), zaś w górnej części obudowy cylindrycznej (1) zamontowany jest kosz zasilający (4).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest cylindryczny zespół rozdrabniający zwłaszcza do mięsa, przeznaczony do precyzyjnego mielenia biologicznych materiałów plastycznych z włóknami naturalnymi, mięsa zwierząt domowych i dziko hodowanych, surowców biologicznych, materiałów niejednorodnych o zawartości wody i/lub tłuszczu.

Znane są tarczowe rozwiązania konstrukcyjne maszyn do mielenia i rozdrabniania mięsa (maszynki do mięsa), także do materiałów biologicznych i mineralnych techniką wywołującą dekohezyjny w skutkach, złożony stan naprężeń, a przede wszystkim odkształceń trwałych, w maszynowych procesach zgniatania, ścierania, rozcierania, skrobania, cięcia, mielenia, frezowania, strugania itp. Klasyfikacja maszyny do grupy młynów lub rozdrabniaczy zależy od wymiaru produktu (poniżej 1 mm - mielenie, powyżej 1 mm rozdrabnianie), od rodzaju mielonego wsadu i charakterystyk procesu. Powszechnie w praktyce gospodarstw domowych, zakładów rzemieślniczych, przemysłowych maszyny nazywane są: młynkami do mięsa, wilkami, szarpakami, młynami specjalnymi, śrutownikami, rozdrabniaczami, nawet kruszarkami korundowymi, mieszarkami, granulatorami, homogenizatorami.

Budowa ogólna maszynek do mięsa, jest następująca: zestaw tnący (siatki 0 3-50 mm, szarpak, noże), gardziel z podajnikiem śrubowym. Mielenie, rozdrabnianie w tych przetwórczych maszynach następuje pod wpływem obciążeń roboczych obrotowego, liniowego ścinania na krawędziach narzędzi, na przeciwostrzach, np. otworów roboczych w tarczy, oraz dodatkowych zjawisk dynamicznego mielenia. Taki sposób cięcia, współpracy elementów roboczych, narzędzi rozdrabniających powoduje i wspomaga proces mielenia, homogenizacji, rozdrabniania trudnych w przetwarzaniu surowców, m.in.: mięsa, artykułów spożywczych, pasz, karm materiałów roślinnych (np.: ziarna, źdźbła zbóż, itp. materiału uziarnionego, również mineralnych); próbek dla przemysłu tworzyw polimerowych, gumy, kauczuku, silikonów, teflonu; materiałów włókienniczych, tkanin, bawełny, waty; drewna, wosku, parafin, żywic, klejów, farb; szlamu, mułu, odpadów komunalnych (polietylenu, polipropylenu; folii, laminatów, itp.).

Zarys powierzchnio-kształtowy z licznymi i poszczególnymi krawędziami tnącymi w ruchu obrotowym, na skutek obciążeń roboczych powodują efekt dekohezji, podziału, mielenia i rozdrabniania materiału wsadowego. Ostrza narzędzi mielących, rozdrabniających, skrawających posiadają różne postacie: linii prostoliniowych, krzywoliniowych, kształtowych i są roboczo aktywne na jednej, lub kilku krawędziach jednocześnie. Wskutek oddziaływania ostrzy, krawędzi narzędzi, powierzchni roboczych surowiec, materiał lub tworzywo wsadowe jest ścinane, rozcierane, na kawałki i po przejściu przez przestrzeń mielącą odprowadzane jest bezpośrednio do zasobnika produktu rozdrabniania (mogą to być: rynny, szuflady, worki, cyklony, kontenery lub inne pojemniki).

Młyny do wspomnianych materiałów, celów i procesów opisano w wielu pracach naukowych: Popko H., Popko R., Popko A.; Podstawy konstrukcji maszyn przemysłu spożywczego. Wyd. Politechniki Lubelskiej, Lublin 1998; Flizikowski J,: Konstrukcja rozdrabniaczy żywności. Wyd. Ucz. ATR (UTP) w Bydgoszczy 2005; Flizikowski J.: Micro- and Nano energy grinding. PANSTAFORD, Singapore 2011; Macko M.: Metoda doboru rozdrabniaczy wielokrawędziowych do przeróbki materiałów polimerowych, Wydawnictwa Uczelniane UKW, Bydgoszcz 2011; Tomporowski A.: Podstawy rozdrabniania alternatywnych nośników energii, Wydawnictwa Uczelniane UTP, Bydgoszcz, 2018; Sidor J., A. Klich: Współczesne maszyny do rozdrabniania - kruszarki i młyny. Wyd. Instytutu Techniki Górniczej KOMAG, Gliwice 2018; i wielu innych.

Wadą znanych rozwiązań konstrukcyjnych maszyn do rozdrabniania mięsa jest ich mała wydajność procesowa, szybkie tępienie się ostrzy, przy wysokiej jednostkowej energochłonności i znacznym, eksploatacyjnym zużyciu elementów roboczych maszyny. Mankamentem jest również towarzyszące procesowi mielenia wydzielanie się znacznych ilości ciepła, powstawanie wysokiej temperatury w miejscu podziału, konieczność częstej wymiany narzędzi lub ich elementów, również o złożonej postaci i znacznych wymiarach oraz nierównomierność procesu - mająca wpływ na obniżenie trwałości elementów roboczych i na wymiary produktu rozdrabniania. Wynika to z faktu, że pod wpływem okresowych oddziaływań: tarcz z otworami, krawędziami, liniami ostrzy noży - narzędzi roboczych z materiałem rozdrabnianym, następuje rozproszenie materii i energii na drodze dochodzenia do punktu podziału, co wiąże się z nierównomiernymi obciążeniami silnika napędowego, krawędzi skrawających, a materiał ma niejednorodny i złożony stopień rozdrobnienia. Charakter obciążenia dekohezyjnego, mielącego, do miejscowej propagacji pęknięć, podziałów, szczelin będących inicjatorami rozdrabniania wsadu, powoduje z racji okresowego przebiegu: istotne zwiększenie ilości traconej energii, a w konsekwencji nierów nomierność postaci geometrycznej i blokowanie przepływu produktu, spadek wydajności bardzo drobnego produktu, nadmierne jednostkowe zużycie energii, lokalne grzanie, a przede wszystkim zużywanie i konieczność wymiany zespołów roboczych w postaci tarcz, nożyków.

Celem opracowanego wynalazku jest usunięcie znanych wad i niedogodności poprzez zaprojektowanie urządzenia o nowej cylindrycznej konstrukcji zespołu rozdrabniająco-mielącego mięso, wyposażonego w wirujący, śrubowy, lekko zbieżny zewnętrzny stożkowy nóż roboczy z małym kątem pochylenia (ok. 2,5°) tworzącej stożka od wejścia zespołu tnącego do wyjścia, oraz perforowanego cylindra o takim samym wewnętrznym kącie zbieżności, z przeciwostrzami, w postaci krawędzi otworów.

Stożkowe narzędzie śrubowe z ostrzami zewnętrznymi i perforowany cylinder stożkowy z wewnętrznymi krawędziami licznych otworów współpracują dokładnie, wciągając, tnąc i wypychając materiał mielony dzięki zachowaniu między powierzchnią wewnętrzna cylindra, a powierzchnią zewnętrzną noża, transportera śrubowego warunków pasowania ruchowego. Przestrzenie wewnątrz śrubowe umożliwiają funkcję transportu, zagęszczania wewnątrzkomorowego, wywołanego rosnącą średnicą rdzenia ślimaka na kierunku od wejścia wsadu do wyjścia produktu i podawania materiału mielonego od gardzieli zasilającej ku kanałowi odprowadzającemu produkt finalny, który nadaje się idealnie do dalszego przetwórstwa mięsa na wyroby masarskie. Ponadto odśrodkowo-stożkowe ukształtowanie przestrzeni roboczej, powoduje i ułatwia przyspieszanie odśrodkowe w taki sposób, że wraz z wirującym śrubowym nożem stożkowym, wiruje materiał rozdrabniany i nabiera siły odśrodkowej, wspomagając proces wtłaczania surowca w otworowo-nożowe przestrzenie cięcia. Wirujący stożkowy nóż śrubowy poprzez pochylenie tworzącej stożka wspomaga wciąganie/wpychanie materiału rozdrabnianego do przestrzeni mielenia i w dalszym ciągu wraz z naciskami od rosnącej średnicy rdzenia ślimaka, siłą odśrodkową, zapewnia dodatkowo szybkie i skuteczne wypychanie, wyprowadzenie produktu finalnego na zewnątrz, przez otwory w stożku obudowy zespołu cylindrycznego. Na skutek ruchu obrotowego śrubowego noża, jego kinematyki generowane są skuteczne obciążenia i efekty mielenia oraz warunki wyjście produktu poza komorę roboczą młyna, oczywiście po osiągnięciu pożądanego wymiaru produktu. Zaproponowana konstrukcja zespołu mielącego przy swojej zwartej budowie charakteryzuje się dużym bezpieczeństwem dla obsługującego, efektywnością energetyczną i ekologiczną oraz skutecznością działania. Celowo wywołane zjawiska i procesy będące efektem kinematyki i dynamiki elementów narzędziowych przestrzeni roboczej śrubowo-stożkowego noża, wpływają na zwiększenie wydajności procesu. Konstrukcja elementów roboczych par tnących, w licznych przestrzeniach otworowo-liniowych wpływają na obniżenie jednostkowego zużycia energii z jednoczesnym wyeliminowaniem nadmiernego zużywania się elementów roboczych.

Istotą rozwiązania cylindrycznego zespołu rozdrabniającego, zwłaszcza do mięsa, polega na tym, że tnącą parę roboczą stanowią krawędzie wirującego śrubowego, stożkowego narzędzia, np. typu wiertło, rozwiertak, frez, ślimak, posiadającego na obwodzie ostrza z krawędziami w postaci linii śrubowej, w środku cylindra o stożkowych ścianach perforowanych licznymi przelotowymi otworami, tworzącymi z nimi elementarne zespoły tnące krawędź śruby/krawędź otworu. Przestrzenie wewnątrz śrubowe umożliwiają funkcję transportu, intensywnego zagęszczania wewnątrzkomorowego, wywołanego rosnącą średnicą rdzenia ślimaka na kierunku od wejścia wsadu gardzielą zasilającą do wyjścia produktu otworowymi kanałami odprowadzającymi produkt finalny. Przez kontakt skrawający surowca przepychanego między krawędziami śrubowego narzędzia wewnętrznego z krawędziami otworów wykonanych w cylindrze, odcinane są porcje tego surowca i dzięki działaniu wyciskającemu ślimaka transportowo-zagęszczającego i samego narzędzia wewnętrznego, porcje te wypychane są na zewnątrz perforowanego cylindra, kształtując wydajność rozdrabniania, mielenia mięsa. Wirujący, śrubowy, lekko zbieżny zewnętrznie stożkowy nóż roboczy oraz perforowany, tak samo zbieżny wewnętrznie cylinder z przeciwostrzami, krawędziami otworów, osadzone współosiowo według zasady pasowania ruchowego, zapewniają zwartą budowę komory roboczej maszyny.

Tak skonstruowana, procesowa przestrzeń robocza młyna służy również do odśrodkowego transportu, wciskania, a przede wszystkim mielenia, poprzez wywoływany w mielonym materiale złożony stan naprężeń, prowadzący pewnie do tnących odkształceń trwałych. Wymiary spasowań ruchowych na zewnętrznym obwodzie stożkowego noża roboczego oraz wewnętrznym obwodzie perforowanego cylindra, stanowią warunek cięcia materiału mięsnego i mają wpływ na stopień rozdrobnienia oraz inne charakterystyki użytkowe procesu, jednocześnie umożliwiają szybkie i łatwe wymiany elementów roboczych po ostrzeniu lub eksploatacyjnym zużyciu.

Zespół rozdrabniający według wynalazku, składa się z obudowy cylindrycznej oraz obudowy cylindrycznej z otworami, połączonych wzajemnie za pomocą nakrętki łączącej, wewnątrz których usytuowany jest nóż śrubowy, który zamontowany jest w łożysku tocznym w obudowie cylindrycznej oraz w łożysku ślizgowym w bieżni stałej łożyska ślizgowego i połączony jest za pomocą przekładni mechanicznej z silnikiem elektrycznym, przy czym bieżnia stała łożyska ślizgowego zamontowana jest do obudowy cylindrycznej z otworami i wraz ze sprężyną, polimerową podkładką śrubową, stalową podkładką tarczową, polimerową podkładką ślizgową, nakrętką dociskową, zapewnia pasowanie ruchowe noża śrubowego i wewnętrznej powierzchni obudowy cylindrycznej z otworami, przy czym zbieżności, zewnętrzna noża śrubowego i wewnętrzna obudowy cylindrycznej z otworami są takie same i wynoszą 2,5°, zaś do obudowy cylindrycznej z otworami zamontowany jest zsyp zbierający, poniżej którego usytuowany jest kosz zbierający, zaś w górnej części obudowy cylindrycznej zamontowany jest kosz zasilający.

Zaletą techniczną zaproponowanego cylindrycznego zespołu rozdrabniającego, szczególnie do mięsa jest to, że ruch obrotowy śrubowego narzędzia transportowo-zagęszczającego i tnącego, poprzez śrubowo-cylindryczny kontakt, kształtowanych powierzchni ze stałymi, nieobrotowymi, wewnętrznymi powierzchniami cylindra z wsadem, zapewniają równomierny transport, zagęszczanie i ścinanie materiału, ponadto zapewniają równomierny proces zasilania, zagęszczania, zaciskania surowca na powierzchniach cięcia, gwarantując jednocześnie łagodne przebiegi ich odkształceń i przemieszczeń. Zjawiska te, w porównaniu ze znanymi rozwiązaniami, wpływają pozytywnie na zwiększenie wydajności, zmniejszenie zużycia energii, poprawę sprawności procesu rozdrabniania. Istotną zaletą młyna w porównaniu z innymi, dotychczasowymi rozwiązaniami jest duża odporność urządzenia na ewentualne uszkodzenia części roboczych, a w konsekwencji wysoka trwałość eksploatacyjna, co jest związane z niebezpieczeństwem przedostania się do wsadu, elementów metalowych (np. fragmentów części lub zlepków tłustej lub wilgotnej biomasy). Dzięki stosunkowo niskiej prędkości obrotowej śruby roboczej, cylindryczny młyn śrubowo-otworowy charakteryzuje się cichobieżnością oraz wysoką, procesową skutecznością mielenia. Wywoływana przez ruch obrotowy, stożkowej śruby roboczej, zmyślne, obwodowo rozmieszczonych otworów, ułatwia proces dzielenia wsadu, ogranicza jego nagrzewanie ułatwia wyjście produktu z przestrzeni rozdrabniania. Mielenie następuje w jednym przejściu surowca przez komorę roboczą młyna co zdecydowanie zmniejsza czasochłonność procesu. Rozwiązanie według wynalazku może znaleźć szerokie zastosowanie w mechanicznym przetwórstwie mięsa, biomasy spożywczej i paszowej (dla zwierząt mięsożernych) oraz innym.

Przedmiot wynalazku, w przykładowym wykonaniu, przedstawiony został na rysunku schematycznym, na którym:

Fig. 1 przedstawia konstrukcję cylindrycznego zespołu rozdrabniającego w przekroju poprzecznym - otwarta przestrzeń robocza,

Fig. 2 przedstawia powiększenie szczegółu konstrukcyjnego w widoku A-A.

Cylindryczny zespół rozdrabniający, szczególnie do mięsa, składa się z obudowy cylindrycznej 1, obudowy cylindrycznej 2 z otworami. Obie obudowy połączone są nakrętką łączącą 17, wewnątrz połączonych obudów cylindrycznych 1 i 2 umieszczony jest zespół transportowo-zagęszczający z nożem śrubowym 3, który zamontowany jest w łożysku tocznym w obudowie cylindrycznej 1 oraz w łożysku ślizgowym w bieżni stałej łożyska ślizgowego 16. Bieżnia stała łożyska ślizgowego 16 zamontowana jest do obudowy cylindrycznej 2 z otworami 2 i wraz ze sprężyną 13, polimerową podkładką śrubową 14, stalową podkładką tarczową 6, polimerową podkładką ślizgową 15, nakrętką dociskową 12 tworzy zespół zapewniający pasowanie ruchowe zespołu transportowo-zagęszczającego z nożem śrubowym 3 i wewnętrznej powierzchni obudowy cylindrycznej 2 z otworami. Zbieżności, zewnętrzna zespołu transportowo-zagęszczającego z nożem śrubowym 3 i wewnętrzna obudowy cylindrycznej 2 z otworami 2 muszą być takie same i wynoszą ok. 2,5°. Do obudowy cylindrycznej 2 z otworami 2 zamontowany jest zsyp zbierający 5. Pod zsypem zbierającym 5 umieszczony jest kosz zbierający 11. W górnej części obudowy cylindrycznej 1 zamontowany jest kosz zasilający 4. Zespół transportowo-zagęszczający z nożem śrubowym 3 połączony jest poprzez przekładnię mechaniczną 8 z silnikiem elektrycznym 7. Obudowa cylindryczna 1, przekładnia mechaniczna 8 oraz silnik elektryczny 7 zamontowane są do konstrukcji wsporczej 10. Konstrukcja wsporcza 10 zamontowana jest do fundamentu 9.

Działanie cylindrycznego zespołu rozdrabniającego jest następujące.

Zespół transportowo-zagęszczający z nożem śrubowym 3 współpracuje tnąco z licznymi otworami obudowy cylindrycznej 2 z otworami, przestrzeń zasilająca, transportowa, zagęszczająca i tnąca zasilana jest z gardzieli, kosza zasilającego 4, przestrzenie wewnątrz śrubowe obudowy cylindrycznej 2 z otworami 2 umożliwiają funkcję transportu, intensywnego zagęszczania wewnątrzkomorowego, wywołanego zespołem transportowo-zagęszczającym z nożem śrubowym 3 na kierunku od wejścia wsadu gardzielą zasilającą do wyjścia produktu otworowymi kanałami odprowadzającymi produkt finalny po przejściu przez otwory w obudowie cylindrycznej 2 z otworami, przekazywany jest do zsypu zbierającego 5 i gromadzony jest w koszu zbierającymi 11, bądź trafia na taśmę odbierającą, natomiast lekko zbieżny (ok. 2,5°) nóż śrubowy 3 zespołu transportowo-zagęszczającego z nożem śrubowym 3 wraz z tak samo zbieżną obudową cylindryczną 2 z obudową 2 są kompensowane sprężyną 13 i połączeniem ślizgowym polimerową podkładką śrubową 14, stalową podkładką tarczową 6, polimerową podkładką ślizgową 15, stałą bieżnią łożyska ślizgowego 16 i nakrętką dociskową 12, obudowa cylindryczna 1 bez otworów 1 połączona jest z obudową cylindryczną 2 z otworami 2 w sposób stały rozłączny śruba/nakrętka nakrętką 17 łączącą obudowy cylindryczne 1 i 2. Silnik elektryczny 7 sterowany falownikiem, przez przekładnię mechaniczną 8 przekazuje moment obrotowy i prędkość kątową na zespół transportowo-zagęszczający z nożem śrubowym 3, przy czym cały zespół cylindryczny osadzono na fundamencie 9, natomiast część roboczą podtrzymuje konstrukcja wsporcza 10.

Mielenie następuje w wyniku obrotowego przemieszczania się elementów roboczych zespołu transportowo-zagęszczającego z nożem śrubowym 3, ich powierzchni kształtowych w przestrzeni transportowej, zagęszczającej i mielącej w wyniku ruchów i kontaktów tnących elementów i powierzchni roboczych, kształtowych, tj. wirującego zespołu transportowo-zagęszczającego z nożem śrubowym 3, względem krawędzi otworów obudowy cylindrycznej 2 z otworami. Ruch roboczy obrotowy zespołu transportowo-zagęszczającego z nożem śrubowym 3 wywołany jest poprzez kinematyczny kontakt z przekładnią mechaniczną 8, z silnikiem elektrycznym 7. Ponadto, warunkiem konstrukcyjnym zaistnienia procesu mielenia (przez ścinanie) i transportu, roboczego (śrubowego) mielonego wsadu są takie same zbieżności, zewnętrzna zespołu transportowo-zagęszczającego z nożem śrubowym 3 i wewnętrzna obudowy cylindrycznej 2 z otworami 2 oraz odległości tych powierzchni w wymiarach pasowania ruchowego, co zapewnia kompensowanie sprężyną 13.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Cylindryczny zespół rozdrabniający, zwłaszcza do mięsa, znamienny tym, że składa się z obudowy cylindrycznej 1, oraz obudowy cylindrycznej 2 z otworami 2, połączonych wzajemnie za pomocą nakrętki łączącej 17, wewnątrz których usytuowany jest nóż śrubowy 3, który zamontowany jest w łożysku tocznym w obudowie cylindrycznej 1 oraz w łożysku ślizgowym 16 w bieżni stałej łożyska ślizgowego 16, i połączony jest za pomocą przekładni mechanicznej 8 z silnikiem elektrycznym 7, przy czym bieżnia stała łożyska ślizgowego 16 zamontowana jest do obudowy cylindrycznej 2 z otworami 2 i wraz ze sprężyną 13, polimerową podkładką śrubową 14, stalową podkładką tarczową 6, polimerową podkładką ślizgową 15, nakrętką dociskową 12, zapewnia pasowanie ruchowe noża śrubowego 3 i wewnętrznej powierzchni obudowy cylindrycznej 2 z otworami, przy czym zbieżności, zewnętrzna noża śrubowego 3 i wewnętrzna obudowy cylindrycznej 2 z otworami 2 są takie same i wynoszą 2,5°, zaś do obudowy cylindrycznej 2 z otworami zamontowany jest zsyp zbierający 5, poniżej którego usytuowany jest kosz zbierający 11, zaś w górnej części obudowy cylindrycznej 1 zamontowany jest kosz zasilający 4.