BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF MACHINE AND INDUSTRIAL DESIGN NÁVRH PLNÍCÍHO PÍSTU KONZERV DESIGN OF FORCE PLATE FOR CANNING BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR PAVEL SVOBODA Ing. JIŘÍ DVOŘÁČEK BRNO 2007

2 ABSTRAKT Tato bakaláská práce je zamena na rozbor možných zpsob plnní konzerv. Konkrétnji se zabývá pístovou plnikou urenou pro plnní kašovitých hmot. Pevážná ást práce je zamena na konstrukní ešení plnícího pístu a jeho ovládání. Rozebírá možné zpsoby jeho tvaru a funkce. ABSTRACT This thesis focuses on the analysis of all possible techniques of tin filling. More specifically it deals with piston filler intended for grout filling. The predominant part of the thesis focuses on the construction solutions of filling piston and its control. The thesis also analyses possible methods of its form and function. Klíová slova Plnika konzerv, pístová plnika, plnící píst, kašovitá hmota, návrh pístu Filler cans, piston filler, fulfilling piston, mess, design piston

3 PROHLÁŠENÍ AUTORA O PVODNOSTI PRÁCE Prohlašuji, že tato bakaláská práce je mým dílem, které jsem vypracoval samostatn, pod vedením vedoucího bakaláské práce. Veškerou literaturu a další zdroje, ze kterých jsem erpal jsou uvedeny v seznamu použité literatury. V Brn: Kvten Pavel Svoboda

4 PODKOVÁNÍ : Touto cestou bych chtl podkovat všem, kteí mi byli nápomocni pi zpracovávání bakaláského úkolu. Pedevším vedoucímu mé bakaláské práce panu Ing. Jiímu Dvoákovi, za jeho ochotu a as strávený pi konzultacích. Dále bych rád podkoval firmám a spolenostem, které mi poskytly informace a podklady pro tuto práci. Za pomoc nejen pi této práci, ale i za podporu pi celém studiu dkuji svým rodim a bratrovi.

5 Úvod 9 1. Plnící stroje Plniky na tuhé hmoty a zeleninu Talíová plnika (otoný stl) Vibraní plnika Šneková objemová plnika Plniky kašovitých polotekutých hmot Plniky kašovitých polotekutých stejnorodých hmot Plniky kašovitých polotekutých nestejnorodých hmot Plniky pro kapaliny Hladinové plniky Objemové plniky Plniky nálev Pístová plnika Konstrukce rámu stroje Konstrukní provedení pracovní ásti stroje Funkce a konstrukní ešení plnícího pístu Konstrukní ešení plnícího válce s ventilem Konstrukní ešení vakové dráhy 29 Závr 31 Seznam použitých zdroj 32 Seznam použitých zkratek, symbol a veliin 33 Seznam obrázk a graf 34 Samostatné pílohy 35

6 ÚVOD Tato práce se zabývá plnícími stroji konzerv a detailnjším popisem ásti konstrukce pístové plniky urené pro plnní kašovitých hmot. Plnní konzerv je souástí konzervárenského procesu, který se zabývá udržováním a prodlužováním stálosti potravin a krmiv. Smyslem tohoto prodlužování a udržování poživatelnosti potravin je zabezpeit výživu obyvatel. To je také jedním z prioritních globálních problém Zem. Historii konzervace potravin lze datovat od doby, kdy lovk ml cílenou snahu upravit potravinu tak, aby se prodloužila její poživatelnost neboli trvanlivost na delší dobu než ji je pirozené. Historií konzervace se zabýval pan Kyzlink, který celý vývoj popsal a rozdlil jej do nkolika etap. Zvláštní je, že jedním z výrazných podnt vývoje tohoto oboru se staly války. Pi válených taženích bylo teba zabezpeit armádu nejen technicky, ale z hlediska výživy a hygieny. Podle oboru psobnosti se adí plnící stroje konzerv do potravináského prmyslu. Tato zaízení a technika mají svoje jistá specifika. Jako všechny ostatní stroje musí i potravináské splovat požadavky z hlediska bezpenosti, životnosti a pracovní spolehlivosti. Toto ošetují pedpisy a normy, které se zabývají všeobecnou konstrukcí stroje. Konstruktér potravináské techniky musí brát ohledy na další naízení týkající se napíklad použití materiál picházejících do styku s potravinami. Toto mimo jiné uruje napíklad zákon.38/2001sb. Je to zákon o hygienických požadavcích na výrobky, urené pro styk s potravinami. Pi použití nových a neznámých materiál, by ml být každý ješt dosud neschválený materiál schválen hlavním hygienikem R. Používané materiály v potravináství musí být dostaten odolné vi korozi a chemicky stálé. Tyto materiály jsou velice namáhány, jak mechanicky, tepeln, tak i chemicky. Proto je teba zaruit jejich stálost, aby nedocházelo ke korozi a následn ke kontaminaci potravin nežádoucími látkami. Pi kontaminaci potraviny nežádoucí látkou, mže dojít k ohrožení zdraví lidí konzumujících tuto potravinu. Všechny provozy, které zajišují výrobu, skladování, dopravu a prodej potravin podléhají kontrole kritických bod, která se oznauje HACCP (Hazard Analysis and Control of Critical Points). Jedná se o systém, který pedepisuje vytýení kritických míst v cest potraviny od výrobce až po zákazníka. V tchto místech se pak provádí zvýšená kontrola dodržování hygienických pedpis. Po zjištní všech potebných znalostí a pepis o potravináských zaízeních je možné zaít navrhování jejich ástí. Záleží už jen na zvolené technologii jakou bude stroj pracovat.

7 1. PLNÍCÍ STROJE Po pedbžném zpracování je surovina plnna do obal. Plnící stoje mají zaruit požadovanou pesnost a hygienu pi provádných úkonech. Konstrukce stroj a použité materiály jsou závislé na druhu plnné suroviny. Plnící stroje jsou obecn rozdleny na plniky tuhých hmot ovoce a zeleniny, plniky kašovitých hmot a plniky kapalin. 1.1 Plniky na tuhé hmoty a zeleninu Pi plnní celých kus ovoce a zeleniny nastává problém se zaruením toho aby jednotlivé plody nebyly deformovány nebo porušeny. Proto se stále používá runí plnní. Mechanizace se používá u velkých potu vyrábných kus Talíová plnika (otoný stl) Používá se pro plnní tešní, švestek, zelí a jiných pevážn kusových plod. Konstrukce se skládá z otoného stolu, který je pipevnn v rámu. Po obvodu má umístné otvory o prmrech shodných s hrdly plnných obal. Surovina je dopravována dopravníkem do stedu stolu, odkud je pak run nebo strojn rozhrnována po obvod. Mechanismus, který surovinu rozhrnuje je zobrazen na obr Výkon této plniky je regulovatelný variátorem od 25 do 80 kus za hodinu. Obr. 1-1 Talíová plnika firmy IFM [19] Vibraní plnika Surovina je dopravována pásovým nebo korekovým dopravníkem na vibraní podava. Pod vibraním podavaem se neustále pohybují plné nádoby. Podava

8 vibruje všemi smry a lze jeho rychlost regulovat. Nevýhodou je, že asi 10 % plod padá mezi plnné nádoby a musí být odvádny zpt do zásobníku. Výhodou je, že stroj umožuje plnit rzn veliké obaly ( s objemem až 5kg ) ze skla i z plechu Šneková objemová plnika Jedná se o automatickou plniku urenou pedevším pro plnní zelí, zeleninových smsí a salát. Principem tohoto stroje je stlaení plnné suroviny šnekem, který zárove vytlaí pebytenou vodu ze suroviny. Rychlost otáení šneku ovlivuje tlak pod kterým je surovina stláena. Šnek dopraví plnnou surovinu pod plnící píst, který ji dále vytlaí do plnné nádoby. Množství plnného objemu se nastavuje snížením nebo zvýšením vaky. Stroje bývají vybaveny automatickou kontrolou hmotnosti naplnného obalu. Tento systém pak vyadí kusy, které nemají požadovanou hmotnost. Výkony šnekových plniek bývají kolem 8000 kus za hodinu. Obr. 1-2 Šneková plnika firmy All Fill [15] 1.2 Plniky kašovitých polotekutých hmot Plniky kašovitých polotekutých stejnorodých hmot Nejastji plnné látky tmito stroji jsou : paštiky, pasty, kaše, protlaky, zahuštné šávy, pomazánky a jiné viskózní hmoty. Principem innosti tchto stroj je objemové plnní, které je uskuteováno pístem. Objem plnní se nastavuje zdvihem pístu. Píst nasává ze zásobníku plnnou látku, která je potom vytlaována pes

9 uzavírací ventil do plnné nádoby. Koncepce uspoádání této soustavy je v podstat dvojí. Prvním typem plniek jsou plniky s jedním pístem v níž je jeden píst pipojen potrubím na zásobník. Druhé uspoádání je vícepístová plnika, která je sestavena z nkolika píst, které jsou pírubov pipevnny po obvodu k zásobníku plnné látky. Zásobník s písty rotuje. Jednopístové plniky Tyto stroje jsou poloautomatické i automatické. U poloautomatických jsou plnné nádoby vkládány i odebírány run. U automatických jsou podávány dopravníkem nebo podavai. Jednopístové stroje se používají v provozech s nízkým potem produkovaných kus konzerv, protože mají výrazn nižší výkon než vícepístové plniky. Jejich výhodou je velký rozsah rozmrových i tvarových možností nádob. Lze jimi plnit i tuby na rzné druhy past. Jejich výkony jsou u kelímk, konzerv a sklenic kolem 1500 kus za hodinu a u plnní tub kolem 625 kus za hodinu. Obr. 1-3 Jednopístová plnika firmy Accutek [13] Vícepístové rotaní plniky Stroj se skládá z válcového zásobníku, na kterém jsou po obvod pírubov pipevnny plnící válce. Poet válc se nejastji pohybuje od 6 do 56 válc. Plnný objem je nasáván zdvihem válce. Zdvih válce je ovládán vakovou dráhou, kterou mžeme snižovat a zvyšovat v uritých mezích.jsou to stroje pln automatizované. Mají podavae i odbírae plechovek. Plnná nádoba rotuje s pístem.v míst zaátku plnní je konzerva zdvihnuta k plnící trysce, aby nedocházelo k rozstiku suroviny nebo potísnní konzervy. Dležitým prvkem je ventil, který je mezi tryskou a pístem. Jeho funkce je otevírání a uzavírání pívodu, bu k trysce nebo zásobníku plnné suroviny. Jeho pozice nebo natoení je závislé na tom, v jakém míst pracovního cyklu se nachází píst. Výkony tchto stroj se pohybují v rozmezí od 50

10 do 1300 kus za minutu. Výkon je závislý na plnném objemu, potu válc stroje a jeho otákách. Používají se ve velkosériových provozech. Obr. 1-4 Vícepístová plnika firmy IFM [19] Plniky kašovitých polotekutých nestejnorodých hmot Tyto stroje se používají na plnní napíklad džem, omáek s klobásou, pomazánky s celými kusy. Plnící otvory by mli být dostaten velké, aby byl zachován tvar kusových ástí. Stroj je tvoen ohívanou nálevkou, ze které je surovina vedena do plnící hlavy. Plnící hlava má elní víko na závit, kterým lze nastavit plnný objem. Výpustný otvor se otevírá souasn s písunem nádoby. S vypouštním obsahu se souastn uvádí do provozu stíra kapek, který ote výpustní hrdlo, aby nedocházelo k potísnní nádob. U tchto stroj se uvádí pouze orientaní výkon, který je mimo jiné závislý na plnném objemu. Pohybuje se v rozmezí od 600 do 900 obal za hodinu. Na obr je zobrazena plnika na džemy. Tento stroj se používal v 50 letech dvacátého století.

11 Obr. 1-5 Plnika na džemy [4] 1.3 Plniky pro kapaliny V zásad se dlí na plniky hladinové, objemové ( odmrné ) a plniky nálev. Všechny ti druhy jsou automatizované a bývají sestaveny v blocích spolu s uzavíracími stroji. Nejastji se jimi plní limonády, vody, lihoviny, pivo, víno a jiné tekuté kapaliny Hladinové plniky Tímto zpsobem se plní nejvíce druhu kapalných surovin. Je to plnní, které zaruuje nastavenou výšku hladiny v nádob. Jeho nevýhoda je uritá nepesnost v plnní, která je dána rozmrovou nepesností lahví. Princip spoívá v umístní odsávací trysky do urité výšky v nádob. Touto výškou urujeme výšku hladiny kapaliny. Po naplnní kapalinou zabrání odvodu vzduchu a tím zastaví i plnní nádoby. Hladinové plniky se skládají ze zásobníku plnného nápoje (v odborné literatue oznaován jako kotel) dále plnícího zaízení (jehly), stolu pro manipulaci obal a pítlakového mechanismu. Podle principu innosti jsou hladinové plniky dleny na beztlakové vakuové a izobarické. Beztlaková plnika Pracuje za atmosférického tlaku. V zásobníku je umístn plovák, který udržuje stálou výšku hladiny. Do plnné nádoby je vsunuta tryska, která je tvoena dvma souosými trubkami. Vnitní tryska odvádí pebytený vzduch a vnjší plní láhev kapalinou. Po naplnní nádoby se petlakem pívod uzave. Schéma je vyobrazeno na obr. 1-6

12 Obr. 1-6 Schéma beztlakové plniky [2] Vakuová plnika Znaná výhoda tohoto zpsobu plnní spoívá v tom, že prasklé nebo poškozené lahve nemohou být naplnny, nebo v nich nelze vyvinout podtlak. Plnika pracuje za sníženého tlaku. V zásobníku je podtlak, který vytváí vývva. Po vložení trysek do lahve a utsnní zane odsávací tryska odsávat vzduch. Po vytvoení stejného tlaku resp. podtlaku v láhvi zane petékat kapalina do lahve. Konec plnní nastává v okamžiku zatopení odsávací trysky. Schéma pracovních ástí je zobrazeno na obr Izobarická ( petlaková ) plnika Využívají se u nápoj sycených plynem CO 2. Aby bylo zabránno zpování tchto nápoj je zvýšen tlak nad hladinou v zásobníku kapaliny. Po vložení trysek do lahve a utsnním lahve dochází k vyrovnání tlak mezi zásobníkem a lahví.v nkterých pípadech se v láhvi vytváí o málo vyšší tlak, než je v zásobníku. Plnící ventil je pneumaticko - mechanicky ovládán a má ti polohy. Nejprve je pivádn tlakový plyn do láhve. Po vyrovnání tlak pitéká do láhve kapalina a vytlauje plyn zpt do zásobníku. Po ukonení plnní je tlak v láhvi vyrovnán.

13 Obr. 1-7 Schéma vakuové plniky [2] Obr. 1-8 Petlakové plnika BTS 24 [2]

14 1.3.2 Objemové plniky Nkdy jsou oznaovány jako odmrné. Používají se nejastji pro lihoviny. Jsou oproti pedešlým zaízením výrazn pesnjší i když hladina kapaliny v lahvích se liší. Množství tekutiny je odmované v odmrných válcích. Tyto válce vykonávají svislý pímoarý pohyb pi naplování a vyprazdování. Hladina v zásobníku je udržována plovákem. Zdvih odmrných nádob obstarávají kladiky pohybující se po nastavené dráze. Schéma objemové plniky je zobrazeno na obr Obr. 1-9 Schéma objemové plniky [10] Plniky nálev Nálevy jsou pouze doprovodnou surovinou u ovoce a zeleniny. Ovoce a zelenina je hlavní plnná surovina. Každá surovina se plní samostatn. Zpsoby plnní nálev existují dva. První zpsob je takzvané peplování. Pi peplování se naplní nádoba nálevem do urité hladiny a poté se doplní hlavní surovinou. Stroj, který provádí tuto innost, se nazývá peplovaka. Ta se skládá ze zásobníku, ze kterého je odvádn nálev do plnícího ventilu. Ventil pi posuvu smrem dol detekuje nádobu a napluje ji daným objemem. Druhý zpsob plnní nálev využívá stroje s oznaením zalévaka. Pi tomto zpsobu je nejdíve plnna hlavní surovina a poté je nádoba doplnna nálevem. Zalévaka je také nkdy oznaována jako tunelová plnika. Základem je vodorovn umístné drované potrubí, pod kterým se pohybuje pás s plnnými nádobami. Potrubí je drováno proto, aby vytváelo sprchu. Zbytková kapalina stéká do spodní vany a odkud je filtrována a erpána zpt do plnícího obhu. Schéma tunelové plniky je vyobrazeno na obr Nevýhodou této technologie je veliké potísnní plnných nádob. Uzavené obaly je potom teba oistit.

15 Obr Schéma tunelové plniky nálev [2]

16 2. PÍSTOVÁ PLNIKA Nkteí výrobci tento stroj nkdy oznaují jako rotaní pístová plnika. Používá se pro plnní kašovitých polotekutých stejnorodých hmot. Základem konstrukce tohoto stroje je rám. Celý stroj je horizontáln rozdlen na dv ásti, které jsou oddleny deskou. Spodní ást bývá zpravidla celá zakrytována neprhledným plechem. Nachází se v ní pohonová a pevodová ást stroje. Horní ást stroje bu zakrytována vbec není nebo jen prhlednými kryty, nejastji ze skla nebo plexiskla. Horní ást je pedevším pracovní ást, v níž se nachází zásobník plnné hmoty s písty a ventily, podavae pro plechovky, rzné senzory a idla a samotné plechovky. Základní princip pístové plniky je popsán v kapitole a zobrazen na obr.2-1 princip pístové plniky. Jak bylo uvedeno základní pohyb vykonává zásobník plnné hmoty, který rotuje. Na zásobníku jsou pírubov pipevnny pes plnící ventily (viz obr.2-1 poloha 3) plnící písty (viz obr.2-1 poloha 1). Poloha natoení zásobníku ovlivuje polohu pístu. Píst má dv krajní polohy : horní úvra, kdy je válec naplnný plnnou hmotou a dolní úvra ve které je všechna hmota vytlaena pes ventil do plechovky. Ovládání polohy pístu smrem k horní nebo dolní úvrati zajišuje vaková dráha (viz obr.2-1 poloha 2). Po vakové dráze se pohybuje vodící kroužek (viz obr.2-1 poloha 4), který je spojen šroubem pístu s pístem. Nastavením vakové dráhy je ovlivnn plnný objem. Každý stroj má uritý rozsah možných plnných objem. Hodnota rozsahu je dána konstrukcí stroje. Obr. 2-1 Princip pístové plniky [3] 2.1 Konstrukce rámu stroje Jak již bylo popsáno v úvodním odstavci této kapitoly je rám stroje rozdlen na dv ásti. Ve spodní ásti se nachází elektromotor s pevodovou skíní, který pohání hídel plnícího bubnu. Od hídele je ješt pomocí etzových a ozubených pevod veden pohon podávacího zaízení a dopravníku. Dále se zde mohou nacházet hydraulické a pneumatické rozvody. Tato ást rámu není v žádném pípad urena pro styk s potravinovými látkami. Je to dáno použitím konstrukních materiál a mazání, které je provedeno technickými mazivy. Tento prostor musí být ádn uzaven a utsnn od ostatního pracovního prostoru stroje. Prostory jsou mezi sebou oddleny deskou popípad plechem z korozivzdorného a potravinásky

17 nezávadného materiálu. Tato deska zárove slouží jako podlaha k pracovnímu prostoru stroje. Z venku je spodní ást uzavena plechovými kryty, které nesmí být za provozu otevírány. Dvodem je bezpenost obsluhy a zachování hygienických pedpis. Horní ást rámu se nejastji sestavuje ze ty trubek, které slouží jako nosné sloupy. Obr. 2-2 Univerzální rám plniek série XL spolenosti FMC FoodTech [18] Jeden z významných výrobc plnících stroj spolenost FMC FoodTech vytvoil sérii plnících stroj s názvem XL. V této sérii jsou vyrábny vakuové, pístové a talíové plniky. Pro univerzálnost, kompatibilnost a zlevnní výroby, je jeden univerzální rám, na který si mže zákazník umístit plniku, kterou potebuje. Na obr.2-2 je zobrazen univerzální rám plniek pro sérii XL. Je zde vidt i rozdlení rámu na horní pracovní ást a na spodní ást. 2.2 Konstrukní provedení pracovní ásti stroje Pracovní ást stroje je složena ze zásobníku, do kterého je dopravována plnná hmota, bu potrubím nebo dopravníkem. Ze zásobníku nasává plnící píst látku a potom ji vytlauje pes ventil do konzervy. Zásobník je zavšen pes zvedací zaízení na rámu stroje. Do pracovní ásti stroje patí také podavae a dopravníky plechovek.

18 2.2.1 Zvedací zaízení Na nosných sloupech rámu je pohybliv pipevnno zvedací zaízení, na kterém je pipevnn zásobník plnné látky. Se zásobníkem se pohybují souastn plnící písty, ventily a vaková dráha. Smysl zvedacího zaízení spoívá v nastavování výšky mezi podavaem a plnícím ventilem resp. jeho tryskou. Nastavovaná výška je odvozena od velikosti plnné konzervy. Proto je rozsah plnných velikostí konzerv ovlivnn konstrukcí stroje Zásobník plnné hmoty Zásobník je tvaru válcové nádoby, se šikmým dnem. Bývá vyroben jako svarek z plechu z korozivzdorné oceli. Jeho tvar a konstrukce závisí na tom, jaké jsou požadavky na plnnou hmotu. V nkterých pípadech, aby byla zachována uritá viskozita plnné hmoty, musí být ohívána. Proto se nkdy dlají zásobníky dvouplášové, aby bylo možno provádt ohev. Ohívání se zpravidla používá elektriké, horkou vodou nebo nízkotlakou parou. Plnná látka v zásobníku je neustále promíchávána. Toto se dje proto, aby se pedešlo jejímu zasychání a usazování na stejných místech. Dno zásobníku je kuželovité smrem k obvodovým stnám, aby bylo napomáháno vysoko viskozním látkám v pohybu smrem k uzavíracím ventilm. Tvar dna nádoby jednoduchého zásobníku (bez ohevu) je zobrazen na obr Obr. 2-3 Dno zásobníku plnné hmoty Podavae a dopravníky plechovek Bezproblémová práce stroje není zaruena jen funkností všech prvk zajišujících plnní, ale také spolehlivým písunem a odebíráním plechovek. Vtšina stroj má automatickou kontrolu, která hlídá jsou-li plechovky pisouvány. Pi nedodání

19 plechovky je systémem zabránno vypuštní látky ventilem ven. Tímto se jednak eliminují ztráty a zárove se zabrauje potísnní celého stroje látkou. První len podávacího zaízení je šnek, který nastaví rozestupy mezi plechovkami. Dále ji pedává podávací hvzdice hlavní hvzdici, která je souosá se zásobníkem a otáejí se spolu stejnou rychlostí. Po objetí celého pracovního cyklu plniky, je plná plechovka hlavní hvzdicí pedána odbírací hvzdici, která plechovku dále posouvá na pásový dopravník. Odtud naplnná plechovka putuje dále do uzavíracího stroje. Uspoádání šneku pásového dopravníku a hvzdic je zobrazeno na obr Obr. 2-4 Uspoádání podava a dopravníku Hlavní hvzdice, podávací i odbírací hvzdice, šnek a pásový dopravník musejí mít synchronizované otáky a rychlosti, aby nedocházelo ke kolizím. Toto bývá ošeteno bu mechanickými pevody se stálým pevodovým pomrem nebo v dnešní dob stále více využívané ídící elektroniky. Je samozejmé, že je-li více ízených prvk, bude problém jejich vzájemného ízení složitjší. Plnící stroj je jen souástí výrobní linky. V procesu konzervování na nj navazuje uzavírací stroj. Proto nastávají problémy nejen s ízením jednoho stroje, ale i synchronizaci nkolika stroj v jedné lince. Spolenost FMC FoodTech má patentovanou tzv. TwinTec technologii, kterou zákazníkovi výrazn tyto problémy ulehuje. Jedná se o spojení plniky a uzavíraky v jeden stroj. Toto je ureno pro celou sérii XL, proto si zákazník mže vybrat, kterou plniku chce spojit s uzavírakou. Schéma TwinTec technologie je zobrazen na obr. 2-5.

20 Obr. 2-5 Schéma TwinTec technologie [18]

21 !" 3. FUNKCE A KONSTRUKNÍ EŠENÍ PLNÍCÍHO PÍSTU Jak již bylo uvedeno píst má dv úvrat dolní a horní. Pi pohybu vzhru píst nasává ze zásobníku pracovní látku. V této chvíli je ventil oteven mezi zásobníkem a pístem. V okamžiku kdy je píst v horní úvrati dojde ke zmn polohy uzavíracího ventilu tak, že uzave prchod mezi zásobníkem a pístem a oteve prchod od pístu do trysky. Pi pohybu dol zstává ventil v této poloze a píst vytlauje látku pes ventil do trysky, pes kterou hmota voln prochází do plechovky. Po té se cyklus periodicky opakuje. Toto je pracovní cyklus plnícího pístu a ventilu. Tento cyklus probíhá na kruhové dráze takže jeho perioda je 360. ízení pístu je provádno pes vodící kroužek vakovou dráhou. Plnný objem lze na stroji nastavit zvyšováním i snižováním vakové dráhy. Pro konstrukní ešení samotného pístu musíme detailn znát i ešení ventilu a vakové dráhy, která píst ovládá. V této kapitole se tedy budu zabývat konstrukním ešením plnícího válce s ventilem a ovládací vakové dráhy. 3.1 Konstrukní ešení plnícího válce s ventilem Tvar a rozmry plnícího válce a pístu jsou závislé na tom, jaký typ ventilu je použit. Nejastji se používá kuželový nebo válcový peklápcí ventil. Princip ventilu je zobrazen na obr Jedná se o pístovou plniku spolenosti FMC FoodTech. Obr. 3-1 Princip pracovního cyklu ventilu a pístu [18] Tento pracovní ventil má již zmínné dv pracovní polohy. Jeho pracovní pohyb je otáivý a otáí se o 90. Osa otáení je kolmá k ose pístu. Jeho poloha je ízena ovládací pákou, která se pohybuje po ídící dráze. ídící dráha páky zpravidla nebývá po celém obvod stroje, ale jen v uritém úseku. Na obr. 3-2 jsou zobrazeny ovládací páky, které práv vjíždjí do ídící dráhy. Další varianta ovládání ventilu je shora. Pi tomto ešení musí být píst, dutý nebo ovládací páka jde skrz celý píst. Ovládání je opt provedeno ovládací drahou, ale na rozdíl od pedešlého ešení umístnou nad válci. Výrobce FMC FoodTech toto ešení stroje nazval jako Unifiller, který také patí do série XL. Princip funkce je vyobrazen na obr.3-3.

22 !" Pracovní chod ventilu je také otáivý, ovšem osa ventilu je rovnobžná s osou pístu. V podstat jsou souosé. Výrobce uvádí že toto ešení má pesnost plnní cca 0,5g a pedcházející ešení s válcovým ventilem cca 1g. Obr. 3-2 Ovládací páky ventilu [19] Za povšimnutí ješt stojí poloha plechovek na obr.3-1 a 3-3. Plechovky jsou naklonny proto aby pi vysokých rychlostech nedocházelo vlivem odstedivé síly k vylévání suroviny z plechovek. Obr. 3-3Princip ventilu stroje Unifiller od FMC Foodtech [18] Pi konstrukním ešení plnícího pístu je teba dbát na výbr materiálu nebo se jedná o souást, která pichází do styku s potravinami. Proto máme velice omezenou

23 !" volbu konstrukních materiál. Rovnž tak i v pípad používaných tsnní. Dležitým faktorem ovlivující tvar a velikost pístu, je snaha zachovávat co nejmenší možnou hmotnost, aby pi pohybu pístu nebyly zbyten namáhány ovládací ásti. Nejvíce namáhané jsou šroub pístu a vaková dráha. Šroub je namáhán únavou na ohyb. Zatížení vakové dráhy je tím vtší, ím vyšší je hmotnost každého pístu. Dále se zatížení zvyšuje potem píst a vyššími otákami stroje. Aby bylo možno popisovat konstrukci plnícího válce, je nutno znát parametry celého stroje. Tyto parametry byly získány po konzultacích s Moravskou obchodní spoleností. Pohled na sestavu plnícího válce pipevnnou na zásobník je zobrazen na obr Pi urování plnného objemu, potažmo zdvihu pístu, je stroj omezen maximálním zdvihem pístu. Maximální zdvih pístu je stanoven na Z max = 192mm. Tento rozmr vychází ze vzdálenosti drážky pro vodící šroub od spodu válce. Pro orientaci je naznaen na modelu v ob Z maximálního zdvihu je možné urit maximální objem V max, kterým lze na tomto stroji plnit konzervy. Prmr pístu je d = 70 mm. 2 2 π d π 70 mm 3 V = Z = 192mm = , mm max max kde: V max [ mm 3 ] maximální možný plnný objem; Ludolfovo íslo = 3,14159 ; d [ mm ] Z max [ mm ] Obr. 3-4 Plnící válec se zásobníkem prmr plnícího válce; maximální zdvih pístu. Maximální objem vyšel ,6 mm 3 což je 738,9 ml. V provozu je nutno vycházet z objemu plnné konzervy. Konzervy jsou dodávány v rzných rozmrových adách, proto je nutné pro každou konzervu nastavovat jiný objem. Pro názorný výpoet

24 !" zdvihu pístu, je volena konzerva od firmy Crown cork & seal Copany. Volená konzerva má obchodní oznaení CAN 99, prmr d k = 99 mm, výšku h k = 63 mm a objem V = 425 ml. Prmr plnícího válce je d = 70 mm. Zdvih pístu : 3 4 V mm Z = = = 110, 43mm 2 2 π d π 70 mm kde : Z [ mm ] je zdvih pístu; V [ mm 3 ] objem plnné konzervy; Ludolfovo íslo = 3,14159 ; d [ mm ] prmr plnícího válce; Obr. 3-5 Maximální zdvih pístu Obr. 3-6 Sestava pístu Moravské obchodní spolenosti

25 !" Na obr. 3-6 je kompletní ešení pístu vetn ovládacího šroubu s odvalovacím kroužkem a tsnním. Na pístu jsou umístny dva vodící kroužky. Dlený vodící kroužek je rozíznutý proto, aby ho bylo možné nasadit na píst. Vodící kroužek je pitlaován k pístu píložkou. Oba dva kroužky jsou vyrobeny z potravinásky nezávadného plastu s obchodním názvem Tecamid 66. Jako výrobce byla vybrána firma Ensinger, která se zabývá výrobou plast všeho druhu. Po vnjším obvod vodících kroužk je pedepsána struktura povrchu Ra = 0,4. Tato struktura je pedepsána, protože se vodící kroužky pohybují pímoarým pohybem ve válci. Jejich funkce je udržovat píst v ose válce a zabraovat kovovému styku mezi válcem a pístem. Tsnní mezi válcem a pístem je zajišováno tsnním kruhového prezu tzv. O kroužkem. Tsnní je umístno v drážce na píložce. Píložka je vyrobena z materiálu K pístu je pišroubována šroubem M8 x 16 s kuželovou hlavou dle normy SN EN ISO Píst je vyroben ze stejného materiálu jako píložka. Jeho sted je dutý, aby se co nejvíce snížila jeho hmotnost. Prmr pístu i píložky je o 0,5 mm menší než je prmr válce. Na strukturu povrchu pístu i píložky není kladen zvláštní draz, protože nedochází nikde k žádnému kovovému styku, který by ml mít tsnící nebo jinou funkci. Na obou souástech je pedepsána struktura povrchu Ra 3,2. Ra1,6 je pedepsána jen na pístu v drážkách pro tsnní. Šíka drážky pro tsnní je tolerována od 0 do 0,1 mm nad základní rozmr. Je to proto, aby nedocházelo k deformaci tsnní, které je tolerováno od -0,1 mm do 0. Otvor pro šroub pístu bude vystružen na rozmr 12 H11. Vystružení se provádí pro pesné uložení šroubu. Šroub pístu je mechanicky nejnamáhavjší souást v sestav. Proto je teba dbát na jeho pesnost a uchycení. Šroub pístu, odvalovací kroužek a ostatní souásti na sestav už nejsou souásti, které pichází do styku s potravinou, proto není brán zvláštní ohled na složení a stálost materiálu. Šroub pístu bude vyroben z materiálu a polotovaru o prmru 12 mm podle normy SN Jedná se o ocel taženou za studena. Ta je volena pro její zaruenou rozmrovou toleranci. Na jednom konci šroubu pístu je závit, kterým se zašroubuje do pístu. Na druhém konci je vysoustruženo osazení o prmru 10 mm, které je ureno pro usazení kulikového ložiska Z. Oznaení 2Z pedepisuje kovovou krytku z obou stran. Tím je i zaruena jeho doživotní nápl maziva. Ped ložiskem je závit M 10 pro našroubování kruhové matice se záezy (KM matice) dle normy SN V závitu je ješt drážka pro pojistnou podložku ( MB podložku ) dle normy SN Odvalovací kroužek je nasunut na ložisko a zajištn pojistným kroužkem pro díry dle normy SN Odvalovací kroužek bude vyroben z polyamidu. Tento materiál je oznaen PA 66. Odvalovací kroužek bude vyroben z plastu z dvodu snížení hlunosti a vibrací. Vnitní prmr odvalovacího kroužku je lícován na 30 K6. Lícování je pedepsáno pro uložení ložiska. Struktura povrchu na ploše pro uložení ložiska je Ra = 1,6. Válcová plocha pro ložisko má pedepsanou geometrickou toleranci válcovitosti. Uchycení šroubu v pístu a detail uložení ložiska je na obr Jiné ešení tvaru pístu a pipevnní odvalovacího kroužku použil napíklad výrobce FMC FoodTech. ešení je vyobrazeno na obr. 3-8.

26 !" Obr. 3-7 Uložení šroubu pístu a ložiska v odvalovací kladce Obr. 3-8 ešení pístu spolenosti FMC FoodTech [18] Válec je svaen ze dvou ástí, píruby a tlesa válce. Jelikož se jedná o svaování korozivzdorných ocelí tídy 17 je pedepsáno svaování metodou TIG ( Tungsten Inert Gas ). To je svaování elektrickým obloukem v ochranné atmosfée inertního plynu, netavnou wolframovou elektrodou. Jako inertní plyn bude použit argon. Otvory pro šrouby M6 budou obrobeny po svaení. Použije se šroubu s vnitním šestihranem. Po svaení je nutno obrobit vnitní prmr válce na 70 mm. Tento svarek tlesa válce a píruby se pišroubuje k tlesu ventilu. 3.2 Konstrukní ešení vakové dráhy Nejastji bývá vyrobena z ohnutých profil. Dráhou je u nkterých stroj ovládáno až 56 píst najednou. Zvolená konstrukce musí být dostaten tuhá aby odolávala zatížení, které na ni penášejí odvalovací kroužky všech píst. Pi vyšších otákách dochází k vibracím a chvní což je také negativní vliv psobící na celou konstrukci.

27 !" Pi zvedání vakové dráhy se objem pístu v horní úvrati nelineárn zvtšuje. Pi snižování se zmenšuje. Zvedání dráhy mže být runím nebo mechanickým pohonem. Mechanický pohon dráhy by mohl být hydraulický, pneumatický nebo pomocí krokového elektromotoru. Nejastji se používá runí ovládání, protože nastavování výšky vakové dráhy, se v provozu dje minimáln. Pitom je jeho provedení levnjší a jednodušší. Nastavování plnného objemu je v praxi provádno jen pi pechodu na jiné rozmry konzerv. Jako ovládací mechanismus se používá šroub s lichobžníkovým závitem, po kterém se pohybuje kostka, která je pímo spojena s vakovou dráhou. Nkdy je použito i více šroub. Ovládání šroubu se u menších plniek dje shora, kde je na šroubu tyhran. Ten je pak otáen run oteveným klíem na šestihrany podle SN U vtších plniek je vtšinou pohon šroubu uskutenn šnekovým nebo kuželovým pevodem. Na obr.3-9 je zvedací mechanismus popsán. Pro lepší stabilitu konstrukce se užívají dva šrouby. Podle zatížení musí být i dimenzován jejich prmr. Na obr.3-10 je zobrazen zvedací mechanismus výrobce FMC FoodTech a jeho ovládání. Obr. 3-9 Zvedací mechanismus plniky IFM [18] Obr Ovládání zvedacího mechanismu plniky FMC FoodTech [18]

28 #$ ZÁVR Tato bakaláská práce s názvem Návrh plnícího pístu konzerv, se ve své hlavní ásti zabývá konstrukním ešením plnícího pístu konzerv. Cíle práce byly v zadání rozdleny do tí ástí. První ástí bylo vytvoit rozbor zpsob plnní konzerv, který je proveden v kapitole íslo 1. Druhým zadaným cílem, bylo vytvoení 3D modelu ovládacího mechanismu pístu. Toto bylo provedeno v programu Autodesk Inventor 10. Dále zde byla vytvoena animace postupu skládání celé sestavy pístu. Tetím cílem bylo vytvoení výkresové dokumentace plnícího pístu, válce a ovládacího mechanismu. Výkresová dokumentace uvedených ástí byla vytvoena v programu AutoCAD 2002 cz s nadstavbou MechSoft.com for AutoCAD V píloze jsou vloženy další obrázky, které ucelují pedstavu o tvaru celého plnícího válce. Pi zpracovávání informací jsem využíval i jiných program. Nejvíce využívané byly : Microsoft Office Word 2003, Internet Explorer, Adobe Acrobat 6.0 CE Profesional a další. Tato práce nastiuje problematiku konstrukce jedné konkrétní ásti uceleného stroje. Mže sloužit jako poátení zdroj informací potebných pro konstrukci celé plniky. Pi dalším rozvíjení této práce, by bylo teba se konkrétnji zamit na mechanické namáhání všech souástí. Následné ešení by mohlo být mimo jiné zameno na pohon zvedacího zaízení ovládací dráhy nebo konstrukní ešení uzavíracího ventilu.

29 #% &'"# ( SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJ [1] INGR, I. Základy konzervace potravin. Brno : ediní stedisko MZLU, s. ISBN: [2] SKALICKÝ, J., VOLEK, J. Strojnictví. Pro 3. roník SPŠ konzervárenské. Praha: Nakladatelství technické literatury SNTL, s. ISBN: [3] BUDÍK, E. Stroje a zaízení. Pro uební obor konzervá. Praha: Agrodat, s. ISBN: [4] HAVELKA, J. Konservárenské stroje a výrobní linky v potravináském prmyslu. Praha: Státní nakladatelství technické literatury SNTL, n.p., s. Typové íslo: L13-B3-4-I/2215 [5] ZVONÍEK, J. a kol. Potravináské stroje a zaízení konstrukce. Praha: Nakladatelství technické literatury SNTL, s. ISBN: [6] RUŽBARSKÝ, J. aj. Potravináská technika. Prešov: VMV, s. ISBN [7] LEINVEBER, J., JAROSLAV,., VÁVRA, P. Strojnické tabulky. Praha : pedagogické nakladatelství Scientia, spol. s.r.o., s. ISBN: [8] SVOBODA, P., BRANDEJS, J., PROKEŠ, F. Základy konstruování. Brno: Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., s. ISBN: [9] SVOBODA, P. aj. Základy konstruování. Výbr z norem pro konstrukní cviení. Brno: Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., s. ISBN: [10] stránky ústavu konstruování Fakulty Strojního Inženýrství Vysokého uení technického v Brn. [11] oficiální stránky ministerstva vnitra. [12] stránky firmy Skaneko, reprezentace potravináských stroj. [13] výrobce balících zaízení. [14] výrobce technických plast. [15] výrobce plnících stroj. [16] - pední svtový výrobce potravináské techniky. [17] internetová encyklopedie [18] Propaganí materiály firmy FMC FoodTech reklamní prospekty a prezentaní videa. [19] Propaganí materiály firmy IFM a SIMA prospekty. [20] Propaganí materiály firmy Crown cork & seal Company - prospekty

30 #% &'"#)*%+ ( SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK, SYMBOL A VELIIN R SN EN FSI HACCP ISO ÚK VUT - oznaení státu eská republika - oznaení normy eská státní norma - evropská norma - Fakulta strojního inženýrství - druh kontroly v potravináském systému. Hazard Analysis and Control of Critical Points Riziková analýza a kontrola kritických bod. - internacional standardization organization mezinárodní norma - Ústav konstruování - Vysoké uení technické v Brn Sb. - sbírka, používá se pi oznaování zákon. a.j. - a jiné a.s. - akciová spolenost, druh oznaení spolenosti cca - cirka. - íslo nap. - napíklad obr. - obrázek resp. - respektive s.p. - státní podnik spol. - spolenost s.r.o - spolenost s ruením omezeným, druh oznaení spolenosti d [ mm ] - prmr plnícího válce d k [ mm ] - prmr konzervy h k [ mm ] - výška konzervy V [ mm 3 ] - objem plnné konzervy V max [mm 3 ] - maximální zdvih pístu Z max [ mm ] - maximální možný plnný objem Z [ mm ] - je zdvih pístu - Ludolfovo íslo = 3, znaka prmru

31 #% +#(,( SEZNAM OBRÁZK A GRAF Obr. 1-1 Talíová plnika firmy IFM [19] 10 Obr. 1-2 Šneková plnika firmy All Fill [15] 11 Obr. 1-3 Jednopístová plnika firmy Accutek [13] 12 Obr. 1-4 Vícepístová plnika firmy IFM [19] 13 Obr. 1-5 Plnika na džemy [4] 14 Obr. 1-6 Schéma beztlakové plniky [2] 15 Obr. 1-7 Schéma vakuové plniky [2] 16 Obr. 1-8 Petlakové plnika BTS 24 [2] 16 Obr. 1-9 Schéma objemové plniky [10] 17 Obr Schéma tunelové plniky nálev [2] 18 Obr. 2-2 Univerzální rám plniek série XL spolenosti FMC FoodTech [18] 20 Obr. 2-3 Dno zásobníku plnné hmoty 21 Obr. 2-4 Uspoádání podava a dopravníku 22 Obr. 2-5 Schéma TwinTec technologie [18] 23 Obr. 3-1 Princip pracovního cyklu ventilu a pístu [18] 24 Obr. 3-2 Ovládací páky ventilu [19] 25 Obr. 3-3Princip ventilu stroje Unifiller od FMC Foodtech [18] 25 Obr. 3-4 Plnící válec se zásobníkem 26 Obr. 3-5 Maximální zdvih pístu 27 Obr. 3-6 Sestava pístu Moravské obchodní spolenosti 27 Obr. 3-8 ešení pístu spolenosti FMC FoodTech [18] 29 Obr. 3-7 Uložení šroubu pístu a ložiska v odvalovací kladce 29 Obr. 3-9 Zvedací mechanismus plniky IFM [18] 30 Obr Ovládání zvedacího mechanismu plniky FMC FoodTech [18] 30

32 SAMOSTATNÉ PÍLOHY [1] 3 SV 7/00 SESTAVA VÁLCE (výkres sestavení) [2] 3 SV 7/00 SESTAVA VÁLCE (seznam položek) [3] 3 SV 7/01 VÁLEC [4] 3 SV 7/02 PÍST [5] 4 SV 7/03 P ÍLOŽKA [6] 4 SV 7/04 ŠROUB PÍSTU [7] 4 SV 7/05 UNÁŠECÍ KROUŽEK [8] 4 SV 7/06 DLENÝ VODÍCÍ KROUŽEK [9] 4 SV 7/07 VODÍCÍ KROUŽEK [10] 4 SV 7/08 P ÍRUBA VÁLCE [11] 3 SV 7/09 TLSO VÁLCE