Взбивальные машины и механизмы

8.5 Взбивальные машины и механизмы

Взбивальные машины применяются в цехах предприятий общественного питания для механизации приготовления различных кондитерских смесей (безе, взбитых сливок, муссов, самбуков, кремов и т. п.).

Технологический процесс, осуществляемый машинами, разделяется на три стадии: равномерное распределение компонентов в общем объёме; растворение отдельных продуктов с образованием однородной массы и насыщение смеси воздухом (аэрация).

Взбивальные машины делятся на две группы: с вращением взбивателя вокруг собственной оси и с планетарным вращением взбивателя, то есть одновременным вращением и вокруг собственной оси и вокруг оси бачка. Как правило, частота вращения взбивателей регулируется: ступенчато, посредством коробки скоростей или сменных шкивов, и бесступенчато с помощью вариатора скорости (рисунок 8.12). Возможно также применение для регулирования многоскоростных электродвигателей.

Машина взбивальная МВ-10 (рисунок 8.10) предназначена для механизации процесса приготовления различных кондитерских смесей (безе, взбитых сливок, муссов, самбуков, кремов и т.п.) в кондитерских цехах предприятий общественного питания. Процесс смешивания и взбивания кондитерских смесей, помещённых в бачок 17, производится в результате осевого и планетарного вращения рабочего органа – взбивателя 16.

Рекомендуемые материалы

Основные узлы машины размещены в корпусе 1. К корпусу машины крепятся основание 11 для установки и крепления двухскоростного электродвигателя 10, кронштейн 15 для установки бачка и панели управления 12 и 13.

В корпусе 1 машины размешаются приводной вал 4 с зубчатым колесом 3, вал-шестерня 7, шкивы 6 и 9. К корпусу крепится солнечное колесо 24, в зацеплении с которым находится вал-шестерня 21, являющийся выходным звеном привода машины. Вал-шестерня установлен в корпусе 22, закреплённом на выходном конце вала 4. К валу-шестерне прикреплены переходная муфта 19 и чашка 20. К муфте, с помощью кольца 18, крепится взбиватель, а чашка служит для улавливания смазки, в случае подтекания последней через манжету.

Крутящий момент с вала электродвигателя, через клиноременную и зубчатую передачи, передаётся на корпус 22. При вращении последнего вал-шестерня 21 обкатывается по солнечному колесу, что и обеспечивает осевое и планетарное движение рабочего органа. Поскольку зацепление солнечного колеса и шестерни внутреннее, то движение точек взбивателя осуществляется по удлинённой гипоциклоиде. При такой траектории движения наибольшая скорость точек взбивателя – ближе к центру бачка, при этом воронка не образуется, и процесс протекает быстрее.

Описанная машина имеет и второе исполнение, в котором вместо одноручьевых шкивов установлены двухручьевые и изменение скорости обеспечивается перестановкой клинового ремня.

Рабочим органом взбивальных машин является взбиватель, то есть мешалка той или иной конструкции. В зависимости от вида взбиваемых продуктов применяют различные виды сменных взбивателей:

– для легковзбиваемых, таких, как сливки, яично-сахарные и белково-сахарные смеси, муссы и т. п. – прутковые «венички» (рисунок 8.11, а, б). Эти взбиватели имеют форму тела вращения, причём их прутки направлены по образующим поверхности этого тела. Форма образующих максимально приближена к форме образующей боковой поверхности и днища бочка взбивальной машины, что обеспечивает наиболее полную проработку всего объёма взбиваемой смеси. Отношение шага прутков (в точках их крепления к верхнему кольцу) к диаметру прутков колеблется в пределах от до ;

– для продуктов средней консистенции (кремов на основе сливочного масла, блинного, бисквитного и заварного теста и т. п.) – лопастные (рисунок 8.11, д), плоскорешетчатые (рисунок 8.11, г) или рамные с перемычками-рёбрами (рисунок 8.11, в). Они представляют собой рамку с рёбрами или прутками, причём форма рамки соответствует форме образующих бачка. Толщина рамок взбивателей по условиям жёсткости выбирается равной (где – диаметр взбивателя);

– для замеса крутого теста, взбивания помадки и т. п. – крюкообразные (рисунок 8.11, е). Незамкнутый контур взбивателя препятствует наматыванию теста на рабочий орган.

Более лёгкие смеси взбиваются при больших скоростях движения взбивателей. От конфигурации взбивателя зависят производительность взбивальных машин, интенсивность и эффективность процесса взбивания.

Главным техническим параметром однопозиционных взбивальных устройств является не производительность, а объёмная продуктовая вместимость бачка. Это объясняется неоднозначностью продолжительности технологического цикла, зависящего от свойств продукта и других факторов. В настоящее время отечественные взбивальные машины выпускаются с бачками вместимостью , , , , и . Наиболее часто бачки имеют форму вертикального цилиндра с днищем в виде шарового сегмента, что способствует усилению осевых потоков. Это особенно важно при взбивании высоковязких продуктов, поскольку обеспечивает равномерное перемешивание взбиваемых смесей по высоте. Бачки изготовляют с примерно следующими соотношениями размеров:

где и – высота и диаметр цилиндрической части; и – высота и диаметр днища.

В мировой практике для машин с вертикальными сменными взбивателями и бачками нередко соблюдается геометрическое подобие, выражаемое отношением их размеров к максимальному диаметру взбивателя типа «веничка» (рисунок 8.11):

где – эксцентриситет оси взбивателя относительно оси бачка, равный разности радиусов делительных окружностей солнечного колеса и сателлитной шестерни; – высота взбивателя; – диаметр прутков взбивателя; – шаг прутков в сечении, соответствующем максимальному диаметру.

Из указанных соотношений размеров следует, что диаметр взбивателя (где – объём бачка, ). Таким образом, задавшись вместимостью бачка, можно определить диаметр взбивателя и другие геометрические параметры устройства.

Производительность взбивальных машин

где – масса загружаемой в бачок смеси, ; – продолжительность общего цикла обработки порции смеси, ; – плотность смеси, ; – коэффициент заполнения бачка, в зависимости от степени увеличения объёма смеси при взбивании; , , – соответственно, время загрузки, взбивания и выгрузки продукта, .

Плотность смеси продуктов может быть определена по формуле:

где – массовая доля компонента в смеси, ; – массовая доля компонента в смеси, ; и – соответственно плотность компонентов и , .

Продолжительность взбивания определяется по формуле

где – постоянная, для яично-сахарной смеси , для белково-сахарной смеси , для крема сливочного .

Средняя скорость взбивателя, движущегося по удлинённой гипоциклоиде, может быть определена по одному из двух уравнений:

где и – радиус делительной окружности, соответственно, солнечного колеса и сателлитной шестерни, , при расчёте значение принимается, а значение ; – угловая скорость приводного вала (водила), ; – максимальный радиус взбивателя в нормальном сечении, .

Технологическая мощность рассчитывается как мощность, затрачиваемая на преодоление сил межмолекулярного сцепления между частицами продукта

где – сопротивление, оказываемое средой движущемуся взбивателю, ; – скорость движения взбивателя относительно продукта, :

где – частота вращения взбивателя вокруг своей оси, ; – коэффициент проскальзывания, при в пределах от до значение принимают равным от до .

Сила сопротивления среды определяется по формуле Ньютона в начальный момент процесса, характеризующийся наибольшей энергоёмкостью

где – коэффициент лобового сопротивления; – миделево сечение взбивателя (площадь проекции движущегося взбивателя на плоскость, перпендикулярную вектору скорости его перемещения), ; – количество лопастей,

Приведённая формула (8.51) справедлива для тела, движущегося прямолинейно в бесконечной среде с постоянными физическими характеристиками, поэтому полученные результаты могут отличаться от действительных.

Также мощность электродвигателя можно рассчитать по формуле:

где – момент, необходимый для преодоления лопастями сопротивления среды, ; – коэффициент запаса мощности, ; – КПД передаточного механизма.

С. В. Харламов рекомендует при расчёте взбивальных машин пользоваться, как более предпочтительной, методикой И. М. Гольденберга.

Оптимальное с технологической точки зрения значение средней скорости точки прутка взбивателя (рисунок 8.13), движущейся по удлинённой гипоциклоиде в плоскости горизонтального сечения и находящейся от оси взбивателя на расстоянии , можно принять

где – постоянная величина для данного вида смеси.

Тогда необходимая частота вращения взбивателя

Для серийно выпускаемых взбивальных машин типа МВ-6 при взбивании яично-сахарной смеси , белково-сахарной – , сливочного крема – , теста бисквитного – .

Продолжительность взбивания равна

где – постоянная.

Технологическая мощность на валу взбивателя, потребная для осуществления процесса взбивания, ориентировочно определяется из критериального уравнения

откуда

где – плотность смеси в момент готовности, ; – постоянная; – динамическая вязкость смеси в момент готовности, .