2.4. Материалы, используемые для изготовления теплового и механического оборудования
Материалы, из которых изготавливаются аппараты, должны обеспечивать их надёжность и прочность. Кроме того, материалы, из которых изготавливают части аппаратов, контактирующие с продуктами, должны быть химически стойкими, нейтральными, не подвергаться коррозии, хорошо очищаться и быть стойкими к моющим средствам. По назначению материалы могут быть подразделены на конструкционные, теплоизоляционные и электротехнические.
Конструкционные материалы предназначены для изготовления деталей аппаратов (кожухов, рабочих камер, рабочих органов, станин и т. д.). Чаще всего в качестве конструкционных материалов используются чёрные и цветные металлы, их сплавы и пластмассы.
К чёрным металлам относятся железо и его сплавы – чугуны и стали. Чугун – железный нековкий сплав, содержащий от 2 до 4,5 % углерода, до 2,5% фосфора и 0,88 % примесей марганца, кремния и серы. Для изготовления аппаратов предприятий общественного питания чаще всего используется серый чугун, характеризующийся тем, что большая часть углерода в нём находится в виде свободно выделенного графита, что придаёт серый цвет поверхности излома. В марках чугуна после букв СЧ (серый чугун) следуют цифры: первые две обозначают предел прочности при растяжении (в кгс/мм2), вторые две – предел прочности при изгибе. Например, конфорки электрических плит изготавливаются из чугуна СЧ 18-36 и СЧ 21-40. Всего в соответствии с ГОСТ 1412—70 выпускается десять марок серого чугуна. Из чугуна изготавливаются станины, корпуса и рабочие камеры некоторых аппаратов (сковороды).
Сталь – это сплав железа с углеродом (до 2 %). В зависимости от химического состава различают сталь углеродистую и легированную (с различными присадками). В легированных сталях содержание легирующих элементов может составлять до 45 %. Если легирующих элементов в стали больше, чем железа, а содержание последнего менее 50...55 %, то такие стали называются сплавами. В названия марок стали входят буквенные индексы, обозначающие легирующие элементы (X – хром, Н – никель, Г – марганец, Т – титан, М – молибден, Д – медь, В – вольфрам, С – кремний и т. д.), и цифры, показывающие содержание этих элементов. Например, сталь марки 12ХНЗ содержит 1,2 % углерода и 3 % хрома и никеля. По свойствам и назначению
16
стали и сплавы делятся на три группы:
-коррозионно-стойкие (нержавеющие);
-жаростойкие (окалиностойкие), работающие в ненагруженном состоянии, при температурах выше 550 °С;
-жаропрочные, работающие в нагруженном состоянии, при температурах выше 600 °С.
Из углеродистой стали обыкновенного качества изготовляют корпусные детали, крышки, кожухи и другие детали, не несущие нагрузок и не соприкасающиеся с пищевыми продуктами. Для изготовления деталей, испытывающих большие нагрузки, применяют качественные углеродистые нержавеющие стали марок 40Х, 65, 12ХНЗ, 20Х. Для изготовления деталей машин и аппаратов, непосредственно контактирующих с продуктами, применяют легированные стали марок Х12, 9ХС, 9ХВТ и высоколегированные коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные стали марок Х18Н9, Х18Н9Т, 1X13 и др. Из цветных металлов для изготовления тепловых аппаратов наибольшее применение получил алюминий и его сплавы. Лучшим металлом для изготовления частей и узлов аппаратов, соприкасающихся с продуктом, является нержавеющая сталь. Следует избегать использования для этих целей алюминия. Это связано с тем, что алюминий накапливается в организме человека и практически не выводится из него. Наукой установлен факт, что алюминий, накопленный в организме человека, может стать одной из причин старческого слабоумия. Пластмассы и некоторые другие синтетические материалы применяются для изготовления деталей, испытывающих средние нагрузки. Преимущества пластмасс – их лёгкость, антикоррозионность, бесшумность в работе. Недостаток – низкая термостойкость.
Теплоизоляционные материалы применяют для уменьшения потерь теплоты в окружающую среду и снижения температуры наружных стенок аппарата. Теплоизоляционные материалы, применяемые в тепловом оборудовании, должны обладать следующими свойствами: низким коэффициентом теплопроводности; небольшой плотностью; высокой термостойкостью; прочностью; низкой гигроскопичностью; биостойкостью; антикоррозионностью; безвредностью; низкой стоимостью. Практически ни один из существующих материалов не может удовлетворять всем вышеперечисленным требованиям, поэтому в каждом конкретном случае необходимо выбирать такой изоляционный материал, который наиболее полно отвечает требованиям данной
17
конструкции аппарата.
Теплоизоляционные материалы бывают минерального (асбест, глина, гипс и др.), растительного (пробка, торф, опилки и др.) и животного происхождения (шерсть, шёлк, войлок), а также искусственные (пенопласт).
По конструктивному оформлению все теплоизоляционные материалы делятся на четыре группы засыпные (перлит в засыпке, минеральная вата, торфяная крошка); мастичные (асбозурит, совелит мастичный); оберточные гибкие (асботкань, маты и войлок из минеральной ваты, строительный войлок); формовочные (скорлупы, цилиндры и плиты из минеральной ваты, сегменты, плиты перлитовые).
Все перечисленные виды изоляционных материалов используются для изоляции тепловых аппаратов и трубопроводов подводящих коммуникаций.
Электротехнические материалы могут быть подразделены на две основные группы материалы с высоким удельным сопротивлением (р) и электроизоляционные. Материалы с высоким р предназначаются для изготовления нагревательных элементов. К ним относятся нихромы (сплав никеля и хрома), фехрали (железо-хромалюминиевые сплавы) и вольфрам.
Электроизоляционные материалы должны обладать высокой электрической и механической прочностью, иметь высокий коэффициент теплопроводности λ. Этим требованиям отвечают периклаз (плавленая окись магния), кварцевый песок, шамот, слюда, кварцевое стекло, фарфор и керамика.
2.5. Требования к деталям и узлам технологических машин
Конструкция рабочих органов исполнительных механизмов машин зависит от характера их движения, реологических (структурно-механических) свойств продуктов и вида выполняемой технологической операции.
Например, рабочие органы очистительных машин выполняют и виде абразивных дисков, конусных чаш; измельчительно-режущих машин – в виде ножевых режущих инструментов; размолочных механизмов – в виде зубчатых жерновов, валков; месильно-перемешивающих машин — в виде месильных лопастей и т.д.
Конструкции загрузочных и разгрузочных устройств, рабочих органов камеры для обработки продуктов и исполнительных механизмов выполняют с учётом структурно-механических свойств продуктов и сырья.
18
При обработке продуктов, структурно-механические свойства которых характеризуются как пластичность, вязкость и упругость, требуется применять режущие инструменты с острыми режущими кромками и малыми углами заточки клина, а при обработке хрупких и твёрдых продуктов необходимо использовать высокопрочные рабочих органов. Принимается во внимание также сыпучесть, липкость, трение продукта о рабочие поверхности и возможность смачивания поверхности трения.
Рабочие органы и другие элементы исполнительных механизмов, контактирующих с пищевыми продуктами, изготавливают из материалов, разрешённых Минздравом России на использование в пищевом машиностроении. Широко применяют такие материалы, как нержавеющую сталь, пищевой алюминий (редко), серый и отбелённый чугун, инструментальную сталь и обычные конструкционные стали.
Из нержавеющих сталей изготовляют почти все детали исполнительных механизмов, контактирующих с пищевыми продуктами. Это детали рабочих органов, рабочих камер, загрузочных и разгрузочных устройств и т.п.
Инструментальные стали и отбелённый чугун применяют в основном для изготовления режущих инструментов, жерновов и других рабочих органов с обязательным гальваническим лужением. Хромировать рабочие органы не рекомендуется, так как хромоникелевые покрытия в процессе работы могут отслаиваться и попадать в перерабатываемые продукты.
Пищевой алюминий используют для изготовления корпусов рабочих камер, загрузочных и разгрузочных лотков, рабочих органов и т.п.
Серый чугун применяют для изготовления корпусов рабочих камер и станин машин, корпусов редукторов и др. В большинстве случаев участки рабочих камер и рабочих органов, соприкасающихся с продуктами, подвергают горячему лужению.
2.6. Общие требования к технологическому оборудованию
Любая технологическая машина должна отвечать технологическим требованиям, требованиям техники безопасности и производственной санитарии, а также требованиям эргономики и эстетики.
Технологические требования – это получение переработанной продукции высокого качества с минимальным количеством отходов, максимальную
19
производительность, минимальный расход потребляемой электрической энергии. При этом конструктивные и кинематические параметры оборудования должны соответствовать оптимальным режимам технологических процессов обработки продуктов.
Общие требования безопасности технологических машин должны соответствовать ГОСТ 12.2.057 – 81ССБТ, а также правилам техники безопасности и производственной санитарии на предприятиях общественного питания, утверждённым правительственными органами в установленном порядке.
Всоответствии с этими требованиями вращающиеся части машин должны быть надёжно закрыты щитками, кожухами или специальными устройствами. Загрузочные и разгрузочные устройства должны иметь предохранительные приспособления, препятствующие попаданию рук обслуживающего персонала в движущиеся рабочие органы или передачи. Устройства, закрывающие движущие рабочие органы или передачи, должны иметь блокировочные концевые выключатели, отключающие электродвигатель при снятии защитного устройства.
К рабочей камере должен быть свободный доступ для санитарной обработки,
арабочие органы должны легко сниматься с рабочих валов и выниматься из рабочей камеры. Машина должна иметь устройство, препятствующее попаданию смазки в рабочую камеру или на рабочие органы.
Всоответствии с требованиями эргономики пусковые устройства, рычаги переключения скоростей, регуляторы устанавливают в удобном и доступном для обслуживания месте. Усилия, прилагаемые к рукояткам и маховикам управления и регулирования, должны быть не более 0,2 Н.
С учётом требований технической эстетики форма машины должна быть обтекаемой, без острых выступов, впадин и углублений, а её окраска должна отвечать требованиям производственной эстетики.
Правильные пропорции машины, простота её формы, удобное расположение пусковых, регулирующих устройств, механизмов управления, удобное расположение загрузочного и разгрузочного устройств способствуют повышению производительности труда, снижают утомляемость работников и облегчают их труд.
20