Korea Ever-Power · Rakendustehnika juhend
Uss ja ussiratas toidukombainide ja tainasõtkurite ajamitele
300-liitrine spiraalne tainasegamismasin, mis segab 60 kg hüdreeritud nisujahu kiirusel 60 p/min, tekitab segisti võllil viskoosse takistuse, mis võrdub 380 N·m-ga. Mootor peab selle takistuse 12-minutilise segamistsükli jooksul pidevalt ületama ilma seiskumise, ülekuumenemise või taigna saastumiseta. Mootori ja segisti vaheline ussülekandepaar tagab pöördemomendi mitmekordistamise, kiiruse vähendamise ja – mis kõige tähtsam – toidukvaliteediga materjalide vastavuse, mis hoiab toote inimtoiduks ohutuna.
Köögikombainid ja tainasegistid on igas töötlevas tööstuses suurima pöördemomendi ja madalaima kiirusega ussülekande rakendused – väljundkiirused on 20–80 p/min ja väljundpöördemomendid 100–2000 N·m, mida juhib segatava toote viskoosne takistus. Viskoosne koormuspöördemoment sõltub kolmest muutujast: toote viskoossus (veega lahjendatud kaste kiirusel 0,01 Pa·s versus jäik leivatainas kiirusel 50+ Pa·s), segisti töömaht ja pöörlemiskiirus. Viskoosse koormuse kalkulaator T = k × µ × V × n teisendab need sisendid vajalikuks väljundpöördemomendiks. Toidukvaliteedi nõuetele vastavuse tagamiseks on vaja NSF H1 registreeritud määrdeainet (juhusliku kokkupuute vältimiseks), roostevaba terast või toiduohutut pronksi, IP65 või IP69K suletud korpusi igapäevaseks kõrgsurvepesuks ja tihendmaterjale (EPDM või PTFE), mis on vastupidavad nii toiduhapetele kui ka puhastuskemikaalidele. Köögikombaini ussülekandepaar on üks väheseid rakendusi, kus nii mehaanilised spetsifikatsioonid (kõrge pöördemoment, madal kiirus) kui ka regulatiivsed spetsifikatsioonid (toiduohutus, vastupidavus loputusvee suhtes) on samaaegselt kõige nõudlikumad.
Miks köögikombainid kasutavad ussiülekandepaare
Tööstuslikel toidukimmidel – spiraalsõtkujatel, planetaarsegistitel, lintmikseritel, labamikseritel ja hakklihamasinatel – on ühine mehaaniline nõue: väga suur pöördemoment väga madalal kiirusel. 200-liitrine planetaarne mikser, mis segab leivatainast kiirusel 40 p/min, vajab segistis üle 500 N·m. 1450 p/min mootorilt nõuab see ülekannet 36:1 ja sama suurusjärgu pöördemomendi kordistumist – see on saavutatav ühe ussikäigukastiga.
Ussülekande paari 90-kraadine mootori orientatsioon asetab mootori horisontaalselt segistikausi taha, samal ajal kui segisti võll on suunatud vertikaalselt allapoole kaussi – loomulik geomeetriline sobivus, mida ridaülekandega tüübid ei saa ilma täiendava täisnurkse sidurita korrata.
Üks ussikäigukast suhtega 30:1 kuni 60:1 annab 1,5–15 kW mootoritelt väljundvõimsust 100–2000 N·m – see vastab enamiku toiduainete segamise rakenduste viskoosse koormusvahemikule ilma mitmeastmelise ülekandeta.
Kui operaator avab mikseri kaitse või tõstab kausi, siis mootor seiskub ja segisti peab oma asendit hoidma. Iselukustuvad ussülekandepaarid takistavad segisti vabajooksu või tagasiliikumist tugeva taigna vajumise korral – see on ohutusnõue standardi EN 12041 (köögikombainid) kohaselt.
Usskäigukasti korpust saab konstrueerida siledate välispindadega, pragudeta ja kaldus kontuuridega, mis kõrgsurvepesu ajal vett lasevad – toetades HACCP hügieenilisi disainipõhimõtteid. Mitme ääriku ja jahutusribidega reas olevad käigukastid koguvad toidujäätmeid, mis sisaldavad baktereid.
Viskoosse koormusmomendi kalkulaator — toote viskoossusest väljundmomendini
Köögikombaini ussülekandepaari pöördemomendi nõudlus sõltub segatava toote viskoossusest. Vedelad vedelikud (kastmed, joogid) tekitavad minimaalse takistuse; paksud pastad ja tainad tekitavad äärmise takistuse. Viskoosset koormusmomenti saab hinnata toote viskoossuse, segisti töömahu ja pöörlemiskiiruse põhjal, kasutades lihtsustatud empiirilist valemit.
Allolev tabel annab tüüpilised viskoosse pöördemomendi väärtused tavaliste toiduainete ja segisti suuruste puhul. See viide võimaldab toiduseadmete projekteerijatel hinnata ussiülekande paari pöördemomendi vajadust enne segisti CFD-analüüsi üksikasjaliku teostamist.
Pöördemomendi väärtused 60 p/min väljundvõimsusel spiraalsegistiga (k = 1,5), sh K_start = 2,0 ja SF = 1,5. Tegelikud väärtused varieeruvad sõltuvalt segisti geomeetriast, täitetasemest ja toote temperatuurist.
Tabel näitab pöördemomendi vajaduse 100-kordset vahemikku – vedelast kastmest väikeses mikseris (8 N·m) kuni jäiga mochini suures mikseris (3000+ N·m). See vahemik selgitab, miks köögikombainide ussülekandepaaride keskpunktide vahekaugus on 50 mm (kastmemikserid) kuni 250 mm (tööstuslikud tainasegistid). Õige raami suuruse valimiseks on vaja teada toote viskoossust ja segisti mahtu – mitte ainult mootori võimsust. Kastmemikserit käitav 5,5 kW mootor ja tainasegistit käitav 5,5 kW mootor vajavad täiesti erinevaid ussülekandepaare, kuna viskoossed koormusprofiilid on erinevad.
Toidukvaliteediga materjalide ja määrdeainete spetsifikatsioon
Toiduainete töötlemise seadmed peavad vastama toiduga kokkupuutuvate materjalide eeskirjadele – isegi kui ussiülekandepaar on suletud korpusesse, mis ei puutu otseselt kokku toiduga. Riskiallikas on tihendi leke: kui määre või õli lekib töötamise ajal tihendist mööda, võib see kokku puutuda toiduainega. Määrused (FDA 21 CFR 178.3570, ELi määrus 1935/2004) nõuavad, et kõik määrdeained, mis võivad kokku puutuda toiduga, peavad olema NSF H1 registreeritud (juhusliku kokkupuute korral ohutu).
Lisaks määrdeainele peavad ussi- ja rattamaterjalid olema mittetoksilised, mitteallergeensed ning vastupidavad igapäevases pesus kasutatavatele toiduhapetele (sidrun-, äädik-, piimhape) ja puhastuskemikaalidele (kaustiline sooda, peräädikhape, klooritud lahused).
Uss: AISI 304 roostevaba või tsingitud süsinikteras.
Ratas: Fosforpronks CuSn12Ni (toidukõlblik, mittetoksiline).
Määre: NSF H1 sünteetiline PAG või silikoonpõhine.
Pitser: EPDM huuletihend, IP65.
Sest: Suletud käigukasti korpus ei ole otseses pritsmealas. Pagaritooted, kuivtooted, üldine toiduainete töötlemine.
Uss: AISI 316L roostevaba teras.
Ratas: Alumiiniumpronks CuAl10Fe5Ni5 (suurepärane vastupidavus klooritud puhastusvahenditele).
Määre: NSF H1 PTFE-ga paksendatud fluorosilikoon.
Pitser: PTFE huuletihend, IP69K (kõrgsurve-kuumapesu vastavalt standardile DIN 31653).
Sest: Liha, piimatooted, mereannid – kõrge riskiga HACCP-tsoonid, kus toimub igapäevane söövitav loputus.
Korea kimchi tootmisüksus tellis maitseainepasta segamiseks kolm 200-liitrist labasegistit. Ussülekandepaarid olid spetsifikatsioonis standardse tööstusliku kvaliteediga – süsinikterasest uss mineraalse EP-määrdega, fosforpronksketas, nitriilhuultihend. Spetsifikatsioon oli mehaaniliselt piisav (pöördemoment ja suhe vastasid viskoossele koormusele). Nelja kuu jooksul tekkis kahel kolmest paarist väljundvõlli tihendil rasvaleke – igapäevane kuumpesu 65 kraadi juures 2% naatriumhüdroksiidi lahusega oli nitriiltihendeid kahjustanud. Lekkiv määre puutus tootmistsükli ajal kokku kimchi maitseainepastaga, mis vallandas partii tagasikutsumise ja toiduohutusauditi. Tagasikutsumise maksumus ületas 85 000 USA dollarit. Põhjuseks ei olnud ussülekandepaari mehaaniline jõudlus, vaid tihendi ja määrdeaine spetsifikatsioon. Asendusspetsifikatsioon: AISI 304 uss, fosforpronksketas (muutmata), NSF H1 silikoonmääre, söövitava loputuse jaoks sobiv EPDM-tihend. Paari maksumuse tõus: 62 USA dollarit (180 USA dollarilt 242 USA dollarile). 62 USA dollari suurune uuendus igaühele kolmest paarist – kokku 186 USA dollarit – oleks ära hoidnud 85 000 USA dollari suuruse tagasikutsumise. Õppetund: toiduainetetööstuses ei ole tihendite ja määrdeainete spetsifikatsioon „hea omamine“ uuendus – see on toiduohutuse nõuetele vastavuse nõue, millel on tagasikutsumise ulatusega rahalised tagajärjed.
Kolme toidumikseriga usskäigukasti paari spetsifikatsiooniümbrised
Juhtum 1 – Korea kimchi tehas: 200-liitrine labamikser, söövitav loputuskeskkond
Korea kimchi tootja määras kindlaks ussülekandepaarid kolmele 200-liitrisele labamikserile, mis segavad maitseainepastat (gochugaru, küüslauk, ingver, kalakaste – viskoossus ligikaudu 15 Pa·s). Segisti kiirus: 40 p/min. Segisti geomeetriategur k = 1,8 (labatüüp). T_viskoosne = 1,8 × 15 × 200 × 40 = 216 000 N·mm = 216 N·m. K_käivitus = 2,0 (külm pasta on jäigem). SF = 1,5. T_vajalik = 216 × 2,0 × 1,5 = 648 N·m. Mootor: 5,5 kW, 1450 p/min. Ülekanne: 36:1. Ussülekandepaar (pärast tagasikutsumist parandatud spetsifikatsioon): ühe käivitusega, moodul 5, tsentrite vahe 125 mm, AISI 304 usslihvitud Ra 0,6 µm, fosforpronksist CuSn12Ni ratas. Määre: NSF H1 silikoonpõhine, EPDM-tihend, IP65. Nimipöördemoment: 820 N·m — piisav varu üle 648 N·m. Igapäevane loputus: 65 kraadi Celsiuse järgi, 2% NaOH, rõhk 30 baari. EPDM-tihend pidas vastu 2,5 aastat enne plaanipärast väljavahetamist (võrreldes nitriili 4 kuuga). Paari maksumus: 242 USD. Aastane toodang: 2400 tonni kimchit — 242 USD maksev paar kaitseb tootepartiisid väärtusega 15 000–25 000 USD.
Juhtum 2 – Jaapani mochi tootja: 100-liitrine sõtkumismasin, äärmuslik viskoossus, termiline väljakutse
Jaapani wagashi (traditsiooniliste kondiitritoodete) tootja määras kindlaks ussülekandepaarid 100-liitrisele kuumutatud sõtkumismasinale, mis toodab mochi't (pekstud kleepuv riisikook – viskoossus 100 kuni 200+ Pa·s segamistemperatuuril 60–80 kraadi Celsiuse järgi). See oli üks nõudlikumaid köögikombaini rakendusi: äärmuslik viskoossus koos kõrge temperatuuriga. Segisti kiirus: 25 p/min (aeglane, et vältida mochi struktuuri rebenemist). k = 2,2 (sigma-labaga sõtkumismasin). T_viskoossus µ = 150 Pa·s juures: 2,2 × 150 × 100 × 25 = 825 000 N·mm = 825 N·m. K_käivitus = 2,5 (külm mochi mass on peaaegu tahke). SF = 2,0 (äärmuslik viskoossuse piir). T_vajalik = 825 × 2,5 × 2,0 = 4125 N·m. See ületas ühe ussülekandepaari kandevõime standardsete tsentrite vahekauguste korral – lahendatud 250 mm tsentrite vahekaugusega paariga, mille pöördemoment oli 4500 N·m. Mootor: 11 kW. Ülekandearv: 58:1. Uss: AISI 316L roostevaba teras (mochiko riisist pärinevad toiduhapped). Ratas: tsentrifugaalvalatud fosforpronks (löögikindlus külmkäivituse pöördemomendi järskude tõusude korral). Õlivanni määrimine NSF H1 PAG sünteetilise õliga – õlivann määrde asemel, kuna 80-kraadine toote temperatuur kiirgab soojust käigukasti korpusesse, tõstes korpuse temperatuuri pidevalt 65–75 kraadini Celsiuse järgi. Sirvi. toidukvaliteediga ussikäigu reduktor valikud suure viskoossusega toiduainete töötlemise rakenduste jaoks.
Juhtum 3 – Vietnami nuudlivabrik: 300-liitrine tainasegisti, hinna poolest konkurentsivõimeline, suur tootmismaht
Vietnami kiirnuudlite tootja määras kindlaks ussülekandepaarid kaheksale identsele 300-liitrisele spiraal-taignasegistile, mis toodavad nisunuudlite tainast pidevalt kahes vahetuses. Taina viskoossus: 30 kuni 50 Pa·s. Segisti kiirus: 60 p/min. k = 1,5 (spiraalkonks). T_viskoossus µ = 40 Pa·s juures (keskmine vahemik): 1,5 × 40 × 300 × 60 = 1 080 000 N·mm = 1080 N·m. K_käivitus = 1,8 (jahu-vee segu on käivitamisel vähem jäik kui puhas tainas). SF = 1,5. T_vajalik = 1080 × 1,8 × 1,5 = 2916 N·m. Mootor: 15 kW. Ülekanne: 24:1. Ussülekandepaar: ühe käivitusega, moodul 8, tsentrite vahe 200 mm, nimivõimsus 3200 N·m. Materjal: tsingitud süsinikterasest ussülekanne (hinna poolest konkurentsivõimeline), fosforpronksratas. Määre: NSF H1 liitiumkompleksmääre. Tihend: EPDM, IP65. Tsingitud spetsifikatsioon (roostevaba terase asemel) oli vastuvõetav, kuna segisti korpus oli täielikult suletud, ilma otsese toidupritsmete tsoonita, ja loputusrežiimis kasutati ainult sooja vett (ilma söövitavate kemikaalideta – kuivnuudlite tootmisliin ei tekita bioloogilise saastumise ohtu, mis nõuaks leeliselist puhastamist). Paari hind: 165 USD. Mahuhind 8 ühiku eest: 148 USD tükk. Aastane toodang segisti kohta: 4800 tonni nuudlitainast – ussülekandepaari maksumus moodustab vähem kui 0,003 protsenti seda läbiva toote väärtusest.
Korduma kippuvad küsimused
K: Kas NSF H1 määrdeaine on kohustuslik kõigile köögikombainide ussiülekandepaaridele?
NSF H1 määrdeaine on nõutav, kui määrdeaine puutub toiduga kokku – isegi tihendi lekke kaudu masina eluea jooksul. Kui ussiülekande korpus on täielikult segisti raami sisse suletud ning ülekande korpuse ja toidutsooni vahel puudub otsene või kaudne tee (HACCP riskihindamisega kinnitatud), võib NSF H2 (toiduga mitte kokkupuutuv) määrdeaine olla vastuvõetav. Enamik toiduohutusaudiitoreid ja suuremaid toidutootjaid ei nõua aga NSF H1 määrdeainet kõigi tootmispiirkonnas kasutatavate määrdeainete puhul, olenemata korpuse olekust – tihendi rikke oht, mis tekitab ootamatu kokkupuutetee, on hinnaerinevuse tõttu vastuvõetamatu. NSF H1 määre maksab umbes 2–4 korda rohkem kui tavaline tööstusmääre kilogrammi kohta, kuid kogus ussiülekande paari kohta (50–200 g) muudab absoluutse hinnaerinevuse tühiseks: tavaliselt 3–8 USD paari täitmise kohta.
K: Kuidas mõjutab igapäevane loputamine ussülekandepaari kasutusiga?
Igapäevane kõrgsurvepesu (30–80 baari, 60–85 kraadi Celsiuse järgi, sageli leeliselise või klooritud lahusega) koormab käigukasti korpuse tihendeid palju rohkem kui käiguhambaid. Standardsed nitriiltihendid pragunevad ja kaotavad elastsuse pärast 6–12-kuulist igapäevast leeliselist pesemist. EPDM-tihendid peavad leeliselistele lahustele vastu 2–3 aastat. PTFE-tihendid peavad praktiliselt kõikidele toidupuhastusvahenditele vastu lõputult, kuid pakuvad vähem dünaamilist tihendusvõimet. Soovitatav lähenemisviis: EPDM-tihendid 2-aastase vahetusgraafiku alusel standardse pesemise korral; PTFE-tihendid intensiivse pesemise korral (liha, piimatooted) koos iga-aastase visuaalse kontrolliga. Eelarvestage tihendite vahetamine plaanilise hoolduse kuluna – see on palju odavam kui tihendi rikke tagajärg, mis võimaldab rasva sattumist toidutsooni.
K: Kas köögikombaini ussülekandepaaril saab müra vähendamiseks kasutada plastratast?
Plastrattaid (MC nailon, POM) kasutatakse väikestes köögikombainides (letipealsed pagaritöökoja mikserid, alla 50-liitrised kastmeblenderid), kus pöördemoment on alla 30 N·m ja müra on oluline (nt avatud köögiga restoranid). Üle 50-liitriste tööstuslike köögikombainide puhul ületab pöördemomendi vajadus tavaliselt plastrataste kandevõime – 300+ N·m juures purustaks leivatainas plasthamba minutitega. Seetõttu kasutatakse tööstuslikes köögikombainides ainult fosforpronksist või alumiiniumpronksist rattaid. Mürakaristus (pronks on 8–12 dB valjem kui plast) on vastuvõetav tehasekeskkonnas, kus teiste tootmisseadmete taustmüra on 70–85 dB(A).
K: Kuidas hinnata viskoossust toiduaine puhul, mida ma pole varem seganud?
Avaldatud toidu viskoossuse andmebaasid (nt Steffe „Reoloogilised meetodid toiduainete töötlemise tehnikas“) pakuvad tavaliste toiduainete võrdlusväärtusi. Praktilise otseteena hindamiseks: kui toode voolab vabalt nagu vesi, on µ alla 1 Pa·s. Kui see voolab aeglaselt nagu mesi, on µ 2 kuni 10 Pa·s. Kui see hoiab oma kuju lühikest aega nagu majonees, on µ 10 kuni 50 Pa·s. Kui see hoiab oma kuju püsivalt nagu jäik leivatainas või mochi, on µ 50 kuni 200+ Pa·s. Pange tähele, et enamik toiduaineid ei ole newtoni tüüpi (viskoossus muutub nihkekiirusega), seega on pöördemomendi kalkulaatoris kasutatav „viskoossus“ näiv viskoossus segisti nihkekiirusel – mitte üks kindel arv. Kriitiliste rakenduste korral mõõtke toote viskoossust pöörleva viskosimeetriga segisti sihtkiirusel enne ussülekandepaari spetsifikatsiooni lõplikku vormistamist.
K: Milline on köögikombaini ussülekandepaari tüüpiline kasutusiga?
Köögikombainid töötavad tavaliselt 4–10 tundi päevas vahelduvate segamistsüklitega (10–20 minutit partii kohta, 10–30 partiid päevas). 2000–3500 tunni juures aastas kestab õigesti spetsifikatsiooniga ussülekandepaar pronksist ratas 4–8 aastat, enne kui tagasilöögi kasv vajab väljavahetamist. Terasest uss (roostevabast terasest või pinnatud) kestab 10–15+ aastat. Toiduainetetööstuses on eluiga piiravaks teguriks sageli tihendite lagunemine pesemise tõttu, mitte hammaste kulumine – tihendeid võib vaja minna vahetada iga 2–3 aasta tagant, samal ajal kui hammasrattad on veel heas seisukorras. Tihendi vahetamise planeerimine rutiinse hooldusena pikendab kogu ussülekandepaari komplekti praktilist kasutusiga.
Köögikombaini ja tainasegaja ussülekandepaarid töötavad äärmise mehaanilise koormuse (viskoosne koormus 100 kuni 3000+ N·m) ja rangete toiduohutusnõuete (NSF H1 määrdeaine, toiduohutu materjalid, mahapestavad tihendid) ristumiskohas. Viskoosse koormuse kalkulaator – T = k × µ × V × n – teisendab toote viskoossuse, segisti mahu ja segisti kiiruse väljundpöördemomendi nõudeks, ületades lõhe toidutehnoloogi tootespetsifikatsiooni ja käiguinseneri pöördemomendi nimiväärtuse vahel. Toidukvaliteediga materjalide ja määrdeainete spetsifikatsioonid ei ole valikulised täiendused – need on toiduohutusnõuetele vastavuse nõuded, millel on tagasikutsumise korral ulatuslikud rahalised tagajärjed. Toidukvaliteediga spetsifikatsiooni maksumus (tavaliselt 30–60 protsenti üle standardse tööstusliku) on tühine võrreldes segisti kaudu töödeldud toiduaine väärtuse ja saastumisest tingitud tagasikutsumise kuludega.
Toiduainetetööstuse seadmete tootjatele, kes määravad segisti ussülekandepaare, teeb meie inseneribüroo viskoosse koormuse arvutuse ja sobitab tulemuse õige toidukvaliteediga materjalipaketiga. toidukvaliteediga ussiülekandekomplektid tarnitakse NSF H1 määrdega, roostevabast terasest või tsingitud usstihendiga ja EPDM-tihenditega, mille tsentrite vahekaugus on 50–250 mm. Esitage toidumikser ajami spetsifikatsioon tootetüübi, segisti mahu, segisti kiiruse ja loputusrežiimiga.
Kas köögikombainide või sõtkujate ussülekandepaaride täpsustamine?
Saatke toote tüüp (või viskoossuse hinnang), segisti maht, segisti kiirus ja tüüp, loputuskemikaalid ja toiduohutusstandard (HACCP, FDA, EL). Arvutame viskoosse koormusmomendi ja soovitame õiget raami suurust, materjali ja toidukvaliteediga määrdeaine pakendit.
Toimetaja: Cxm
