Около Давиде Барбанти, доцент • Доктор Джампаоло Бетта, профессор по контракту в области науки и технологии пищевых продуктов | Университет Пармы

Одной из областей машиностроения на заводах — особенно в пищевой промышленности — является выбор ременных приводов для конвейеров. Ведущие технологии используют электродвигатели, но отличаются тем, насколько они соответствуют гигиеническим стандартам, упрощают установку, повышают эффективность и сводят к минимуму шум и нагрев. Как мы увидим, барабанные двигатели — это жизнеспособная технология, которая предлагает явные преимущества в пищевой промышленности.

Один из промышленных классов ленточных конвейеров предназначен для обработки сыпучих материалов для транспортировки таких материалов, как зерно, соль, уголь, руда и песок. Другой для общей обработки материалов (например, для перемещения коробок по складу) — это то, что мы рассмотрим здесь.

Ленточные конвейеры являются наиболее распространенным типом конвейеров. Обычно два или более шкива (в виде барабанов или роликов) натягивают бесконечную петлю ремня, несущую среду, которая перемещается вокруг них. Один приводной шкив продвигает ремень и предметы, движущиеся на нем; приводной шкив является ведущим, в то время как не приводной шкив является холостым.

Ленточные конвейеры широко используются в пищевой промышленности для транспортировки сырых продуктов, пищевых ингредиентов, конечных продуктов, побочных продуктов, пищевых отходов, контейнеров и упакованных пищевых продуктов. Здесь частные организации, включая Европейскую группу гигиенической инженерии и дизайна (EHEDG), разработали руководящие принципы и процедуры сертификации по гигиеническому дизайну. В Европейском союзе правила, регулирующие гигиенические требования к пищевому оборудованию, включают регламент (ЕС) 852/2004, Директиву 2006/42/ЕС и другие, которые определяют материалы, допускаемые к контакту с пищевыми продуктами. Европейский комитет по стандартизации (CEN) и Международная организация по стандартизации (ISO) также согласовали стандарты EN 1672-2 и ISO 14159, в которых подробно изложены гигиенические требования, которые необходимо соблюдать для соответствия европейским правилам.

Соответствие этим критериям (наряду с функциями, обеспечивающими безопасность работников) является обязательным условием для всего оборудования, используемого в пищевой промышленности. Но при выборе правильного оборудования играют роль и другие факторы, в том числе соображения по техническому обслуживанию и установке; шум; пространство для установки; энергоэффективность; и возможность перегрева приводной системы.

Влияние конвейера на безопасность и качество пищевых продуктов зависит от материала, обрабатываемого конвейером, а также:

Таким образом, конструкция и установка ленточного конвейера должны соответствовать всем требованиям, предъявляемым к оборудованию для использования на предприятиях пищевой промышленности.

Мотор-редукторы включают в себя двигатель и коробку передач. Крутящий момент передается на приводной ролик (или барабан, или шкив) через вал способом, который зависит от установки.

В первой из четырех распространенных установок мотор-редуктор находится на одной стороне ленточного конвейера. Полый вал двигателя-редуктора непосредственно соединяется с валом ролика, и двигатель-редуктор поддерживается только подшипниками вала ролика. Здесь рычаг крутящего момента фиксирует двигатель на каркасе конвейера, чтобы избежать вращения.

Во второй из четырех возможных конфигураций мотор-редуктор находится на одной стороне ленточного конвейера, а специальная рама (плечо) поддерживает его там, где он закреплен. Динамометрическое соединение может облегчить демонтаж и техническое обслуживание, а для обеспечения безопасности работников обычно требуется ограждение.

В третьей из четырех распространенных установок мотор-редуктор находится под ремнем и соединяется с валом ролика приводной цепью или ремнем.

В последней из четырех настроек мотор-редуктор не виден, поскольку он защищен корпусом. В некоторых случаях корпус также поддерживает каркас, а шахта устанавливается как консоль. Когда приводной двигатель находится на одной стороне ленточного конвейера, он может быть вертикальным с коробкой передач под двигателем; вертикальным с двигателем под коробкой передач; или горизонтальным.

В отличие от этих установок с мотор-редуктором, барабанные двигатели обычно устанавливаются на одном конце ленточного конвейера. Тем не менее, когда установке требуются небольшие ролики на обоих концах ленточного конвейера, барабанный двигатель может быть установлен под лентой. Барабанные двигатели обычно устанавливаются горизонтально, но возможна наклонная установка. Одно предостережение: внутри барабана может потребоваться больше смазки, и для обеспечения смазки в этом положении рекомендуется использовать закрытые смазанные подшипники.

Сценарий первого конвейера: Непродовольственная зона

Первая конструкция для тестирования представляет несколько применений в пищевой промышленности, где пищевой продукт не подвергается воздействию окружающей среды. Это когда продукты защищены герметичной упаковкой или когда продукт полностью обрабатывается в закрытом оборудовании. Тем не менее, обратите внимание, что должны быть внедрены надлежащие принципы зонирования, чтобы снизить риск перекрестного загрязнения из непродовольственных в пищевые зоны любого предприятия. Наше оборудование для тестовой настройки сравнило мотор-редуктор RGM Ruhrgetriebe SN 5 FR и двигатель промежуточного барабана 80i.

Второй сценарий конвейера: Продовольственная зона

Вторая конструкция для тестирования представляет собой приложения, в которых пищевой продукт подвергается воздействию окружающей среды, а оборудование предназначено для химической чистки или ручной чистки. В данном конкретном случае оборудование нельзя мыть, а очистка под давлением не допускается. Возможный частичный демонтаж обычно используется для улучшения доступности и возможности очистки конкретных компонентов. Наше оборудование для тестовой настройки сравнило мотор-редуктор Nord Drivesystems 93172.1 A – 80 LH/4HMTF и двигатель промежуточного барабана 113i с гигиеническими уплотнениями.

Сценарий третьего конвейера: зона промывки продуктов питания

Третий дизайн для тестирования представляет собой приложения, в которых микробиологически чувствительные пищевые продукты подвергаются воздействию окружающей среды, а оборудование предназначено для мытья химическим водным раствором и очистки давлением, пеной или гелем. Здесь оборудование должно быть как можно более пригодным для чистки на месте и должно выдерживать условия стирки. Демонтаж для очистки сведен к минимуму. Наше оборудование для тестовой настройки сравнило мотор-редуктор Bauer AsepticDrive DA08LB4-TF и барабанный двигатель Interroll 80D.

Эти элементы оборудования являются самым современным оборудованием и имеют сопоставимую применимость к рассматриваемому сценарию, а также сопоставимый выходной крутящий момент, мощность и скорость ленты.

Теперь давайте рассмотрим три примера, чтобы увидеть, чем отличается каждый диск. Редукторные двигатели и барабанные двигатели имеют как преимущества, так и недостатки в зависимости от области применения. Рассматривая ленточные конвейеры в пищевой промышленности, мы рассмотрим три различных сценария, чтобы увидеть, как сравниваются приводы.

Наиболее важным требованием к пищевому оборудованию является гигиена, но при полной оценке учитывается несколько других критериев.

Простота установки оборудования влияет на настройку системы, а также на безопасность и эргономику оператора. Общая оценка технологий как с барабанным двигателем, так и с мотор-редуктором (включая вес и размеры) показывает ключевые различия. Более тяжелые и громоздкие приводы конвейеров затрудняют монтаж. Полный анализ также учитывает количество компонентов привода, чтобы гарантировать надлежащее функционирование, поскольку это влияет на время, необходимое для установки двигателя на раму конвейера.

Техническое обслуживание имеет первостепенное значение в пищевой промышленности для поддержания надлежащего функционирования и эффективности установок, а также для обеспечения безопасности и качества пищевых продуктов. Анализ операций по обслуживанию обеих приводных технологий (особенно там, где замена является частью реалистичного анализа) показывает, что операции по замене компонентов или всего оборудования влияют на общую пригодность привода.

Согласно действующим правилам, гигиенические требования являются предварительными условиями, изложенными в общих чертах, но реальные гигиенические требования варьируются в зависимости от применения.

Первый сценарий конвейера (в непродовольственной зоне пищевой фабрики) включает в себя конечные зоны. Поэтому обычно оборудование здесь хранится сухим и не моется и не очищается в микробиологическом масштабе. Но на многих заводах (включая некоторые открытые производственные процессы) конечное оборудование находится в той же заводской зоне, где обрабатываются и упаковываются продукты, поэтому оно подвержено воздействию окружающей среды, а стратегии зонирования реализованы недостаточно хорошо для надлежащей защиты продуктов питания. Вот почему конечное оборудование может быть источником перекрестного загрязнения продукта.

Для снижения риска перекрестного загрязнения требуется конечное оборудование, по крайней мере:

Более того, конструкция оборудования должна предотвращать загрязнение пищевых контейнеров смазочными материалами. Обычно это не является проблемой безопасности, поскольку контейнеры для пищевых продуктов уже запечатаны, но потребителям нежелательно прикасаться к контейнерам для пищевых продуктов, смазанным смазкой, и, возможно, загрязнять другие продукты во время покупки продуктов или приготовления пищи дома. Таким образом, для конвейеров, идущих в непищевые зоны предприятия по упаковке пищевых продуктов, важными факторами являются накопление почвы; доступность для осмотра и ручной очистки; другие возможные способы перекрестного загрязнения; а также утечка смазки и загрязнение контейнера.

Что касается второго сценария (территория пищевой фабрики, подлежащая очистке сухими или ручными средствами), директива ЕС по оборудованию (2006/42/CE) требует, чтобы оборудование здесь было изготовлено из подходящих материалов; легко очищалось и сливалось; не допускало скопления почвы; и не допускало загрязнения смазочными материалами. Более того, оборудование в зонах общественного питания может быть источником физической опасности, если оно вводит инородные тела в продукт, поэтому оборудование в зонах общественного питания должно избегать такого риска.

Это требование (явно не перечисленное в европейском законодательстве) содержится в Кодексе федерального регулирования США (21 CFR, часть 110). Таким образом, сравнение редукторных двигателей с барабанными двигателями должно учитывать вероятность накопления почвы; доступность для осмотра и ручной очистки; его опасность как возможного источника инородных тел; и пригодность для контакта с пищевыми продуктами. Измерения шероховатости поверхности (используется измеритель шероховатости поверхности Mitutoyo Surftest SJ-201) и радиусов внутреннего угла также выполняются для проверки соответствия требованию “c”.

Для третьего сценария (конвейеры в зонах общественного питания на пищевой фабрике, предназначенные для мойки) в дополнение к критериям, перечисленным выше, существуют требования к легкости очистки (с такими конструктивными особенностями, как, например, разъемные соединения с эластомерными прокладками) в соответствии с международными правилами, включая руководящие принципы EHEDG, европейские гармонизированные стандарты, 3-Санитарные стандарты A и стандарты NSF. Таким образом, сравнение барабана с редукторным двигателем в этих ситуациях учитывает чистоту в соответствии с рекомендациями EHEDG, включая показатели дренируемости, утечки смазки и загрязнения продукта, возможного источника инородных тел и пригодности для контакта с пищевыми продуктами. Измерения шероховатости поверхности (используется измеритель шероховатости поверхности Mitutoyo Surftest SJ-201) и радиусов внутреннего угла также выполняются для проверки соответствия требованию “а”.

Примечание: Один производитель рассматривает утечку масла как потенциальный недостаток барабанного двигателя с барабанным двигателем, одобренным Министерством сельского хозяйства США, с функцией устранения утечек на валу.

Как мы объясним, при полном сравнении барабанного двигателя с редукторным двигателем учитывается пространство, необходимое для установки, и общее потребление энергии. В наших исследованиях изучалось потребление на конвейерах, приближенное к средним установкам для наших трех сценариев производства пищевых продуктов. Результаты, которые мы представляем на диаграммах в этой функции, основаны на установках, в которых ленточный конвейер приводился в движение от редукторного двигателя или барабанного двигателя. Затем моментный двигатель подключили к натяжному шкиву и использовали тормоз для надежной имитации нагрузки на ремни. Мы измерили активную мощность и среднеквадратичный ток при различных значениях тормозного момента.

Перегрев может быть причиной отказа как редукторных, так и барабанных двигателей. Чтобы избежать этого риска, редукторные двигатели часто оснащены вентилятором для охлаждения, но вентилятор обычно является проблемой гигиены, поэтому многие редукторные двигатели для пищевой промышленности не имеют вентилятора. С другой стороны, барабанные двигатели представляют собой замкнутые системы, и выделяемое тепло рассеивается только поверхностью барабана.

Для предотвращения отказов двигателя здесь требуется, чтобы температура обмотки оставалась ниже предела безопасности, поэтому двигатели обычно работают с системой безопасности, которая отключает ток при угрозе перегрева. Наши исследования в сравнении барабанного двигателя с редукторным двигателем оценивают температуру обмотки путем расчета, зная соотношение между сопротивлением статора и его температурой. Средняя температура обмотки определяется путем сравнения сопротивления обмотки при определяемой температуре с сопротивлением при известной температуре:

T = R_T /R₁ (234,5 + Т₁) – 234.5

Где T — температура намотки, R_T является сопротивлением обмотки при температуре T, T₁ является температурой окружающей среды, а R₁ является сопротивлением обмотки при температуре T₁. Сложные испытания имитируют все три сценария работы конвейера при непрерывной работе с двумя различными скоростями ленты и высоким выходным крутящим моментом.

Затем мы сравнили измерения звуковой мощности в соответствии со стандартом ISO 9614-2 (Определение уровней звуковой мощности источников шума с использованием интенсивности звука — Часть 2: Измерение с помощью сканирования), чтобы исследовать шум, издаваемый барабанными двигателями и редукторными двигателями в наших трех сценариях. Это измерение интенсивности звука измеряет не уровень звукового давления, а уровень интенсивности. Который может быть использован для расчета уровня звуковой мощности Вт:

W = Σ I_n S_n

Где я_n является интенсивностью на n-й поверхности и S_n является площадью n-й измерительной поверхности. В этом программном анализе вокруг двигателя с помощью проволочной сетки определяется эталонный блок, который используется для всех тестов.

Затем мы измерили мощность, излучаемую каждым двигателем, сканируя все поверхности коробки с помощью датчика интенсивности. Поскольку мы измерили общую мощность звука, результаты учитывают всю систему. Таким образом, для установок с барабанным двигателем это объясняет звук барабанного двигателя и ремня, которые составляют весь привод. В отличие от этого, это измерение в установках с мотор-редуктором включает в себя влияние крутящего момента соединения, подшипников и ролика. Разница между измерениями означает, что это не дает абсолютного измерения шума, издаваемого самим двигателем, поэтому результаты имеют только сравнительное значение.

Выбор конкретного оборудования может повлиять на сравнительную производительность, но вот некоторые основные моменты, основанные на результатах наших исследований.

Приводы с барабанным двигателем обеспечивают преимущества в обеспечении гигиеничности конструкции, что (в случае пищевой промышленности) является наиболее важным из шести критериев, которые мы здесь описываем. Их компактная конструкция помогает им превосходить редукторные двигатели по нескольким параметрам. Риск накопления почвы и перекрестного загрязнения значительно ниже для барабанных двигателей, чем для обычных редукторных двигателей. Кроме того, в зонах промывки установленные барабанные двигатели обладают лучшей очищаемостью. Это потому, что все подкомпоненты встроены внутрь ролика и нет защитного кожуха. Это значительно сокращает время очистки и затраты операторов. Единственным недостатком барабанных двигателей с гигиенической точки зрения является потенциальный риск загрязнения смазкой. Несмотря на то, что используется синтетическое пищевое масло, это может быть критическим моментом, и необходимо предпринять дополнительные усилия по проверке, чтобы обеспечить надлежащую надежность динамических радиальных уплотнений вала.

Примечание: Оборудование, которое мы использовали для получения наших результатов, подходит для трех рассмотренных нами конвейерных сценариев. Но, к сожалению, редукторные двигатели со спецификациями, подобными той, которую мы использовали для непродовольственного сценария, часто используются в местах хранения продуктов питания и даже для мытья посуды. Такой выбор обычно делается для сокращения расходов, но это плохой выбор, который может вызвать проблемы с гигиеной.

Как показывают наши результаты, барабанные двигатели обладают и другими преимуществами при установке, что делает их единственно возможным выбором в некоторых компоновках. Меньшее количество компонентов означает, что установка барабанного двигателя проще и быстрее, чем для редукторных двигателей. Более легкие приводы для приготовления пищи и мытья посуды также помогают монтажникам и операторам улучшить эргономику и снизить риск получения травм.

Операции по техническому обслуживанию на месте становятся все более непрактичными по мере того, как оборудование становится более специализированным, а пищевые зоны и зоны мойки, как правило, нуждаются в очень специализированном оборудовании. Таким образом, в этих случаях нет существенной разницы между использованием редукторных двигателей и барабанных двигателей.

Что касается других критериев оценки (потребление энергии, шум и перегрев), то в нашем исследовании использовались экспериментальные испытания на конкретных коммерческих барабанных двигателях и редукторных двигателях. На результаты сильно влияет выбор конкретного оборудования. Здесь существуют лишь незначительные различия между барабанными двигателями и редукторными двигателями для конвейеров, перевозящих пищевые продукты и требующих промывки.

В этой статье обобщаются ключевые выводы, полученные в результате независимое исследование, проведенное исследователями Университета Пармы. Загрузите полный технический документ по адресу Перейдите на страницу “загрузки”.

Интерролл | interroll.us