автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Исследование и разработка процесса многослойного формования халвы

На правах рукописи

Зуева Юлия Викторовна

ООЗ164649

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССА МНОГОСЛОЙНОГО ФОРМОВАНИЯ ХАЛВЫ

Специальность 05 18 12 - Процессы и аппараты пищевых производств

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

2 8 ФЕВ 2008

Москва-2008

Работа выполнена на кафедре «Пищевые машины» Московского государственного университета технологий и управления

Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор

Калачев Михаил Владимирович \

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Щербаков Борис Георгиевич

- кандидат технических наук, профессор Ураков Олег Александрович

Ведущая организация - Государственное научное учреждение

Научно-исследовательский институт

¥

кондитерской промышленности Российской академии сельскохозяйственных наук

Защита состоится 17 марта 2008 г. в ^ч на заседании диссертационного совета Д 212.122 05 при Московском государственном университете технологии и управления по адресу 109316, г Москва, ул Талалихина, д 31, ауд 41

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУТУ. Автореферат разослан « февраля 2008 г

Учёный секретарь -

диссертационного совета Николаева С.В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. При производстве пищевых продуктов одной из основных проблем является формование В настоящее время в производстве брикетированной халвы нашел применение способ резки жгутов на отдельные изделия при помощи гильотинного ножа Простота механической реализации этого метода и достаточная производительность обусловили его широкое распространение

Трудности, возникающие при изучении резания пищевых продуктов, обусловлены их высокой неоднородностью Разрушение продукта происходит при высоких скоростях ножа в локализованных микрообъемах, недоступных для визуального наблюдения. Кроме того, в процессе резания некоторых пищевых продуктов могут происходить изменения их реологических свойств

При проектировании резательных машин, как для пищевой промышленности, так и для других отраслей, нередко возникают определенные трудности в выборе геометрии режущих органов, при определении рациональных кинематических режимов работы и энергетических характеристик машины. Это вызывает необходимость экспериментальных исследований

Незавершенность исследований по этим вопросам сдерживает разработку новых конструкций формующих машин, которые наиболее полно отвечали бы требованиям каждого конкретного производства, а потому возникает потребность исследований структурно-механических, адгезионных свойств продуктов и процессов резания при формовании халвичных брикетов

Расширение ассортимента, также является актуальным в связи с увеличением спроса и требований потребителей.

Цель работы. Разработка рекомендаций рационализации процесса резания в поточном производстве халвичных брикетов, модернизация существующих и разработка рекомендаций по проектированию новых машин для формования мелких халвичных брикетов

Задачи исследований. В соответствии с поставленной целью в настоящей работе решались следующие задачи

1 Провести исследование производства халвичных брикетов

2 Экспериментально исследовать структурно-механические свойства халвы и халвичного брикета

3 Дать инновационные рекомендации по производству многослойной халвы

4 Рационализировать процесс резания халвы при формовании брикетов

5 Экспериментально исследовать реализации инновационных решений.

6 Разработать рекомендации по внедрению инновационных решений в разработку новых машин.

Научная новизна:

• на основе методологии системного анализа проведено исследование получения халвичного брикета на поточных линиях брикетируемой халвы ОАО «Рот Фронт», выявлена подсистема - формования халвы в виде отдельных брикетов - вносящая наибольшую нестабильность в работу линии, по показателям качества готовой продукции,

• исследованы структурно-механические свойства арахисовой халвы, и адгезионные свойства халвы и брикетов из нее Выявлена взаимосвязь предельного напряжения сдвига от температуры и изменение диаметра карамельных волокон при различном формовании;

• разработано устройство для определения усилия отрыва и сдвига слоев, основанное на равномерном распределении нагрузки на верхнем слое многослойного кондитерского брикета, позволяющее охарактеризовать адгезионные свойства кондитерских масс,

• разработаны уравнения регрессии и регрессионные коэффициенты, позволяющие определять величину рациональных параметров усилия сдавливания халвичных пластов при различных режимах температуры и времени нагружения, для определения адгезионных свойств в процессе резания многослойной халвы

Практическая ценность. Определены рациональные параметры процесса резания при формовании халвы в брикеты для уменьшения отходов в виде мелкой крошки на 0,3% и снижения усилий при резании плоским ножом (минимальное значение усилия получено при температуре халвичной массы 60°С, угле наклона лезвия ножа 60° и скорости 3м/сек), разработан узел получения халвичного брикета других линейных размеров (28x18x76), который устанавливается на действующих машинах для формования брикетов халвы, материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре «Пищевые машины» МГУТУ (модернизирована маятниковая установка для исследования процессов резания, при проведении лабораторных работ); разработана конструкция машины для формования многослойных брикетов халвы и других кондитерских масс, получен патент на полезную модель № 58297 «Устройство для производства халвы в брикетах»

Реализация результатов. На основе результатов исследования разработаны механизмы по рационализации процесса резания, которые внедрены на новых формующих машинах фирм ОАО «Диал», ООО «Вознесенский пищевой комбинат»

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены, обсуждены и получили одобрение на ежегодных международных конференциях МГУТУ (2002, 2003, 2004), на семинаре «Производство конфет, процессы. Инновации», МГУПП, 2003г, на семинаре «Сырье для кондитерских изделий Инновации», МГУПП, 2004г.; на семинаре «Сырье, ингредиенты для кондитерских масс Инновации», МГУПП, 2005г, на семинаре «Шоколадная глазурь, полуфабрикаты, приборный контроль Инновации.», МГУПП, 2006г

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложений, включает 35 рисунков, 16 таблиц Основной текст изложен на 159 страницах машинописного текста, также содержит 12 приложений на 33 страницах, список литературы включает 90 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи работы

В первой главе приведен анализ способов формования в порядке классификационной принадлежности формующих устройств, рассмотрены приборы, применяемые для определения структурно-механических и адгезионных свойств пищевых продуктов, теоретические основы резания

Составлена классификация (рис 1), в которой на первом уровне рассматриваются способы резания, на втором уровне классификационной схемы представлены виды режущих элементов, на третьем уровне расположены типы режущей кромки элементов; на четвертом уровне помещены разновидности геометрии режущей кромки режущего элемента

Предложенная классификационная схема позволит выбрать целесообразное направление и последовательность разработки новых способов резания и проектирования новых режущих устройств

Во второй главе приведены системные исследования производства халвичных брикетов.

Производство халвы для реализации осуществляется в виде: глазированных халвичных брикетов, в полистироловых стаканчиках, вакуумированная халва, не глазированные брикеты, на вес (т е упакованная в короба)

В связи с этим мы можем говорить о различиях в технологических системах производства халвы В таблице 1 рассмотрены структуры технологических систем производства халвы.

Рис 1 Классификация способов резания пищевых масс

Таблица 1

Классификация структур технологических систем

Направление развития технологических систем связано с величиной уровней целого ряда оценок, которые характеризуют ее структуру, элементы и связи, количественные методы этих оценок и в комплексе составляют диагностику исследуемой технологической системы

В качестве объекта для дальнейшего исследования была выделена технологическая система по производству брикетов глазированных шоколадом, как наиболее сложная по своей структуре

Для более наглядного рассмотрения всех этапов производства арахисовой халвы в поточной линии, была впервые составлена технологическая схема ее производства

В ходе системных исследований была построена операторная модель технологической системы производства глазированных брикетов арахисовой халвы (рис 2)

В течение одной смены при нормальном режиме эксплуатации для линии производства был проведен эксперимент по определению стабильности функционирования каждой подсистемы и технологической системы в целом.

Рис. 2. Операторная модель производства брикетов халвы глазированных шоколадом

Проведен анкетный опрос специалистов, результаты опроса и расчетов показали, что наибольшую нестабильность в процесс функционирования технологической системы, вносит центральная подсистема С. Можем отметить, что в центральной подсистеме С наблюдается наибольшая нестабильность процесса, из-за неоднородной плотности халвы, большого количества возвратных отходов (крошки) на выходе из подсистемы и различных температурных режимов подачи халвичной массы на формование.

В связи с этим в дальнейших исследованиях нами рассматривается машина для формования мелких халвичных брикетов.

В третьей главе исследованы структурно-механические и адгезионные свойства халвичного брикета.

Все эксперименты, представленные в диссертации, проводились в производственных условиях, что подтверждается актом ОАО «Рот Фронт» от 12.08.2004г., утвержденным главным инженером Толпыго A.M.

Халвичная масса готовилась по стандартной рецептуре, ее замес производился работниками комбината на машинах для вымешивания халвы. Дозирование взбитой карамельной и белковой масс велось по объему.

На стадии формования халвичная масса обладает ярко выраженными пластическими свойствами. Ее способность к сохранению формы до момента ее фиксации в охлаждающем шкафу может быть оценена по такой реологической характеристике, как предельное напряжение сдвига.

Методика определения этой характеристики известна, она основана на применении конического пластометра.

График температурной зависимости (рис. 3) предельного напряжения сдвига может служить основой для определения в дальнейшем интервала температур, при котором отформованное изделие сохраняет свою форму, и сопровождается при формовании наименьшим количеством крошки, г ■ 104, Па 8

7

6

5

4

3

2

1

0

--1,°С

Рис. 3. Зависимость предельного напряжения сдвига халвичного брикета от температуры 1 - формование прессованием в форму; 2 - формование валковым нагнетанием

Предельное напряжение сдвига может также служить комплексной оценкой потребительских качеств халвы. Известно, что органолептический показатель качества «консистенция» связан с предельным напряжением сдвига, те с прочностью халвичного изделия - чем меньше усилие при потреблении халвы, тем выше органолептическая оценка

Это обуславливает достижение минимально необходимой прочности изделия при формовании.

Изделия, отформованные различными способами, существенно отличаются по своим прочностным характеристикам

Исследования халвичных изделий различных рецептур неотформованных и отформованных валковым и поршневым способами, можно проследить по кривым кинетики конуса (рис. 4.1,4 2, 4 3)

Из них следует, что метод валкового формования позволяет получить изделия наиболее близкие по своим прочностным показателям к структурно не разрушенной халвичной массе. По другому же показателю, те. по толщине карамельных нитей - этот способ является оптимальным Из таблицы 2 видно, что толщина карамельных нитей в изделиях отформованных валками в 1,5-3 раза меньше, что обуславливает высокие потребительские свойства изделий

Такие изменения в структуре халвичных брикетов происходят, очевидно, из-за того, что при формовании их различными способами халвичная масса подвергается воздействию различных по величине, продолжительности и направленности усилий со стороны формующих органов. Причем, в зависимости от способа формования и от конструкции формующих органов, от усилия воздействия, могут значительно различаться, а, следовательно, качество халвичного брикета будет в большей степени зависеть от способа формования

Так, например, при валковом нагнетании на формующей машине для производства брикетов массой 20 г давление в зазоре между валками создается заталкивателем халвичной массы, находящейся в приемной воронке, прокатке между валками и за счет сопротивления, возникающего при выходе халвичной массы с валков, из-за наличия там фартука и боковых реборд. Но в данном случае халва имеет свободный выход в одном направлении Это приводит к вытягиванию (уменьшению диаметра) карамельных волокон и ориентированию их вдоль пластинчатого конвейера перпендикулярно оси вращения валков.

При формовании способом прессования поршнем в форму, халва подвергается воздействию поршня находясь в замкнутом объеме. И давление, создаваемое поршнем, может значительно уменьшить зазоры между волокнами, уплотнив халвичную массу Это подтверждает выделение масла на машине формующей халву в полистироловые стаканы, халвичные волокна при этом расположены хаотически и не меняют своего диаметра

Таким образом, проведенные сравнительные исследования различных методов формования, выявили существенное преимущество валкового метода формования жгутов арахисовой халвы

Ь, мм

7,4 7,35 7,3 7,25 7,2 7,15

0,5 1 2 3 4 5 6

Рис. 4.1. Графическая зависимость кинетики погружения конуса в неотформованную халву при1 = 19 - 21°С

1 - неотформованная тахинная халва; 2 ■ неотформованная арахисовая халва Ь, мм

3,25 3,2 3,15 3,1 3,05 3

Рис. 4.2. Графическая зависимость кинетики погружения конуса в халвичный брикет, формуемый валково-резательной машиной при I = 19 - 21 °С I - тахинный халвичный брикет; 2 -арахисовый халвичный брикет И, мм

Рис. 4.3. Графическая зависимость кинетики погружения конуса в халвичный брикет, формуемый способом поршневого нагнетания при 1=19 — 21°С 1 - тахинный халвичный брикет; 2- арахисовый халвичный брикет

Таблица 2

Зависимость размера карамельных волокон халвы

Способ формования Диаметр карамельных волокон, мк Твердость, Па

Халва неотформованная 260 - 530 0,5-1,5 105

Валковое нагнетание с последующим резанием 140-310 1,0-2,5 105

Прессование поршнем в формах 260-530 3,5-6,5 105

Для увеличения ассортимента халвичных изделий с улучшенными потребительскими свойствами мы предлагаем новый способ производства двухслойной халвы С целью обеспечения надежной связи слоев изделия проведено исследование адгезионных свойств халвичных пластов.

На кафедре «Пищевые машины» МГУТУ разработана, а на ОАО «Рот Фронт» изготовлена установка для определения адгезионных свойств двухслойного халвичного брикета

Предложенная установка позволяет определять усилие отрыва верхнего слоя от нижнего в вертикальной плоскости, а также сдвиговое усилие верхнего слоя в горизонтальной плоскости

Исследуемый объект закрепляется на столике при помощи пары держателей таким образом, что нижний слой плотно прилегает к поверхности столика универсальной установки, а верхний слой, через свои держатели, постепенно нагружается гирями через систему кронштейна, тросика и роликов

Отрывающее усилие направлено вверх, а нагрузка равномерно распределена по всей площади брикета, так как образец по всей ширине пронизан иглами, закрепленными в держателе в шахматном порядке (один держатель содержит три иглы, второй четыре), держатели расположены с двух сторон верхнего и нижнего слоев Длина проникновения игл в образец может регулироваться в зависимости от размеров образца Такое крепление образца применено для лучшего его сохранения в процессе проведения испытаний и более равномерного распределения нагрузки

Выявлены факторы влияющие на величину адгезии - это температура, время и усилие нагружения

На рис. 5 1 на графиках представлена зависимость усилия отрыва от температуры и при различных усилиях нагружения с выдержкой нагрузки в течение 5 секунд. На рис 5 2 на графиках представлена аналогичная зависимость, но с выдержкой усилия нагружения в течение 10 секунд

Анализ указанных графиков позволяет сделать следующие выводы, наибольшее влияние на изменение величины отрыва оказывает температура, при которой режется жгут, однако при снижении ее до 45 - 50°С усилие практически одинаково, и на него почти не влияет ни сила нагружения, ни

время ее воздействия на жгут. Менее существенным оказывается влияние времени нагружения.

Р10,Н

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

Усилие нагружения брикета в Н Рис. 5.1. График зависимости усилия отрыва от температуры при различном нагружении в течение 5 сек, при длине фартука 93 мм

Кривая; 1 - при массе нагружения , 1Н; 2 - при массе нагружения 2 Н; 3 - при массе нагружения 4Н; 4 - при массе нагружения , 7 Н Р-10.Н

1,2 1

0,8 0,6 0,4 0,2 0

Усилие нагружения брикета в Н Рис. 5.2. График зависимости усилия отрыва слоев от температуры при различном нагружении в течение 10 сек., при длине фартука 186 мм

Кривая; 1 - при массе нагружения ,1Н; 2 - при массе нагружения 2 Н; 3 - при массе нагружения 4Н; 4 - при массе нагружения , 7 Я

Для описания графических зависимостей на ЭВМ получены уравнения регрессии следующих видов: степенная, линейная и квадратичная

—-1 —2--3 *4

зависимости. В таблице приведены коэффициенты уравнений в соответствии с графическими зависимостями на основании проведенных исследований адгезионных свойств Анализ таблицы коэффициентов регрессионных уравнений позволяет сделать вывод о незначимости квадратичных членов.

Р = Р = А2+В1^ , Р = А + В2^ + С2^2

Таблица 3

Коэффициенты уравнений регрессии

для времени нагружения 5 сек__

№ Масса нагружения, Н А В С

1 1 - - 8,3 МО"'

2 2 4,543 10"2 1,08 10"2 -

3 4 1,53 6,34 Ю-2 4,36 10"4

4 7 2,45 6,34 10"2 7,29 10'4

для времени нагружения 10 сек

№ Масса нагружения, Н А В С

1 1 0,27 0,0173 4,91 Ю-5

2 2 0,483 0,024 7,475 10°

3 4 2,38 0,091 6,28 10'4

4 7 3,34 0,124 8,678 - Ю-4

В конструкции машины предусмотрено устройство, позволяющее регулировать время нагружения халвичных пластов до определенной величины выдержки.

В четвертой главе представлен теоретический анализ процесса резания плоским ножом и экспериментальное исследование процесса резания халвичного пласта

Гильотинное резание, т е резание пластиной, согласно классификации в силу своей простоты уже нашло широкое применение на предприятиях. Однако отмечается значительное количество крошки, что обусловлено очевидной не оптимальностью параметров ножей и режимов резания

Таким образом, вполне обоснованным является более глубокий теоретический анализ и экспериментальное исследование процесса гильотинного резания халвы.

Процесс гильотинного резания был смоделирован на маятниковой установке, для которой были изготовлены ножи с разными углами наклона лезвия, с толщиной лезвия инструмента 0,5, 1,2 мм

По результатам исследования получены графики зависимости (рис 6.1, 6.2, 6.3) усилия резания от скорости инструмент

Р, н 100

80

60

40

20

0

V, м/с

Угол врезания в халвичный пласт Рис. 6.1. График зависимости усилия резания от скорости вырезания для халвичных брикетов при температуре 50°С Р, Н 70 60 50 40 30 20 10 0

2 2,938 3 3,315 3,8 4,1 V-м/с

-»-О -»-30— 60

Угол врезания в халвичный пласт Рис. 6.2. График зависимости усилия резания от скорости для халвичных брикетов при температуре 60°С Р,Н 80 70 60 50 40 30 20 10 0

2 2,938 3 3,315 3,8 4,1 м/с -♦-0-в- 30--60

Угол врезания в халвичный пласт Рис. 6.3. График зависимости усилия резания от скорости для халвичных брикетов при температуре 65°С

—•—0 —»—зо--60

На графиках зависимости усилия резания от скоростей при различных температурах наглядно получаем, что при температуре 50°С и скорости врезания 3,3 м/с, при температуре 60°С и скорости врезания 3 м/с, при температуре 65°С и скорости врезания 2,9 м/с усилие наименьшее.

Уменьшение усилия резания с увеличением скорости до 3 м/с можно объяснить следующим образом: поскольку при данной скорости карамельные волокна стеклуются, их фрагменты раздвигаются лезвием, причем сопротивление движению волокон в белковой массе имеет квадратичную зависимость от скорости движения. Это и обуславливает новое возрастание усилия резания при скоростях выше 3,3 м/с.

На графиках зависимости количества возвратных отходов от скорости (рис. 7.1; 7.2; 7.3) можем увидеть зависимость уменьшения крошки при тех же скоростях 3,3 м/с и при температурах от 50°С до 60°С углы врезания ножа 30° и 60° дают наиболее положительные результаты.

V, м/с

Угол врезания в халвичный пласт Рис. 7.1. График зависимости количества возвратных отходов в % от скорости ножа при

температуре халвы 50° С

%

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

—В--*

V, м/с

2,938

3,315 3,8

4,1

1ДО--60

Угол врезания в халвичный пласт Рис. 7.2. График зависимости количества возвратных отходов в % от скорости ножа при температуре халвы 60°С

%

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

2 2,938 3 3,315 3,8 4,1 V, м/с ¡-»-О -»-30 --60 |

Угол врезания в халвичный пласт Рис. 7.3. График зависимости количества возвратных отходов в % от скорости ножа при температуре халвы 65°С

Экспериментальные исследования подтвердили теоретические положения полученные при рассмотрении силового равновесия ножа.

Теоретический анализ процесса резания халвы сводится к построению модели резания как аддитивной совокупности сил, обусловленных действием напряжений равных пластической прочности халвы.

Силу, необходимую для обеспечения движения ножа в массе материала, можно определить в виде суммы:

Д = 2^+2^+2^3, (I)

где Я] - сила, обеспечивающая образование новой поверхности и приложенная к острию лезвия; К2 - вертикальная составляющая силы сопротивления полуфабриката; и - проекции сил трения продукта о боковые поверхности конической и плоской частей ножа на направление действия силы.

►

И £ 1

Подставив в формулу расшифрованные величины, получим формулу для расчета

/ ч 1 667 / ч1 667

2 ЬЩ+а)+ 2 2 Вк[1+\^Л ]+2 2Вк[1+\ ^Л ] /соз(о)+ 2Хк к/, (2)

где Ь -толщина в продольном сечении клиновидной части ножа, и, к -разрушающее напряжение для халвы, Па (к=2 105 Па); а - половина угла заточки, рад; В - толщина ножа в его плоской части, м; X - коэффициент указывающий, какую долю от разрушающего напряжения составляет упругое напряжение, действующее на боковые грани плоской части ножа, к - глубина погружения плоской части ножа, м,/- коэффициент трения.

Проверкой адекватности полученной зависимости реальному процессу резания халвичных жгутов на отдельные изделия является

Р = Я Ь = 35 - 70 (Н),

(3)

где Р - полное усилие внедрения ножа длиной Н, £ - длина режущей части ножа, м, 1=0,05 м

Параметры экспериментального ножа- В = 0,002 м, Ь = 0,0002 и,к = 2 105 Па, а = (71/36) рад,/= 0,2, X = 0,1, И = 0,001 м

2 Ь к (1 + а)+2 2 В к

1 + 1^

1Д

(1 + / сое (а))+2 X к к /

Ь, (4)

Формула, при указанных параметрах ножа, дает значение полного усилия внедрения Р= 52,846 Н, что близко к реальному значению

В пятой главе представлена практическая реализация результатов исследований

Уменьшение количества крошки при поперечном резании халвичных лент возможно при замене рубящего резания на скользящее. Наименьшее количество крошки получено при использовании ножа толщиной 1 мм с углом наклона 60° Однако для его установки необходимо увеличить ход механизма поперечной резки. При длине ножа Ь - 270 мм его высота получается равной Н = Ь • tg а = 467 мм (рис 96) Это создает значительные конструктивные трудности и, в связи с этим, мы рекомендуем угол наклона ножа 30°, с высотой подъема Н = 156 мм (рис 9в)

Для уменьшения удара на стойках установлены амортизирующие резиновые шайбы Несмотря на это вибрационное воздействие от удара отрицательно сказывается на конструкции и работе машины, следовательно, уменьшение усилия резания, уменьшает и усилие удара Проведенные исследования позволяют рекомендовать изменение формы лезвия ножа для

получения скользящего резания, а = 30°, что уменьшит усилие резания на 17 Н.

ь

а б в

Рис. 9. Схема механизма поперечной резки

а - прямой нож; б - нож с одним углом; в - нож с двумя углами.

1 - стойки, 2 - крепеж ножа, 3 - нож

При проведении экспериментов на маятниковой установке, для получения более точных результатов нами использовался удлиненный халвичный брикет (28x18x76 мм). Увеличение длины брикета получено с помощью включения вручную механизма остановки ножа в верхнем положении.

С целью расширения ассортимента нами предлагается установить специальный механизм, который позволяет выпускать и короткие, и длинные брикеты (рис. 10).

Устройство состоит из дополнительного вала б, закрепляемого на станине машины и соединяемого с ее приводом при помощи цепной передачи; кулачкового механизма 3, 4 и регулировочной звездочки 5. Применение цепной передачи обусловлено тем, что межцентровое

расстояние между приводными валами зависит от радиуса кулачка 125 мм и должно составлять при этом не менее 175 мм. С учетом этого был выполнен кинематический расчет привода устройства и определены конструктивные размеры его элементов.

Включение и отключение устройства, при переходе на соответствующий размер брикета, достигается изменением положения кулачка с помощью двух болтов. Время переключения зависит от

соответствующей подготовки персонала и занимает не более 3-х мин.

В результате анализа проведенных исследований были получены данные для проектирования машины

вырабатывающей двухслойную халву. На рис. 11 представлена принципиальная

1.

Рис. 10. Кинематическая сзема дополнительного устройств». 1. купичювыйрычоа; 2. ешха; ролик; 4. кулак,"

5. регулировочная км^оиз;

6.допояттвпъны& вал.

схема машины для формования двухслойных халвичных брикетов. Машина состоит из двух механизмов нагнетания, валки механизмов нагнетания имеют диаметры дисковых ножей, обеспечивающие зазор между валками равный 9 мм. Оба механизма имеют индивидуальный привод, причем электродвигатель первого механизма снабжен преобразователем частоты вращения, что позволяет регулировать скорость валков и незначительно (1 -3 мм) изменять высоту брикета.

Механизм отрезания, пластинчатый конвейер и съемные фартуки первого валкового механизма аналогичны устройствам формующей машины, установленной на ОАО «Рот Фронт».

Съемные счищающие фартуки второго валкового механизма удлинены и каждый фартук имеет регулировку для подъема или опускания лезвия. Регулировка обеспечивает возможность увеличения нагрузки сжатия халвичных лент с целью усиления адгезионных свойств между слоями арахисовой и тахинной халвы, из которых состоят ленты. Возможно использование других халвичных масс - подсолнечной, масс с добавками в виде дробленого ореха, изюма и т.п.

Рис. 11. Схема машины для формования двухслойных халвичных брикетов 1 - станина; 2 - два механизма формования; 3 - механизм отрезания; 4 - пластинчатый транспортер; 5 - столик; б - стойки; 7 - ограждение; 8 - механизм регулировки фартуков; 9 - привод второго механизма нагнетания и поперечной резки; 10 - привод первого механизма нагнетания

Удлинение фартуков позволяет одновременно увеличить время воздействия этого механизма на слои халвы, что также будет способствовать увеличению слипания слоев

Разработана техническая документация, выработаны рекомендации изготовления и установки дополнительных устройств Расширен ассортимент - вместо одного типа и размера халвичных брикетов может выпускаться три. Уменьшены потери халвы в виде мелкой халвичной крошки.

На предприятиях, вырабатывающих халву и халвичные брикеты, прошли промышленное испытание машины для формования брикетов с дополнительными устройствами, разработанными с учетом полученных рекомендаций. Результаты испытаний были признаны положительными.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1 На основе системного анализа поточных механизированных линий производств халвы, выявлена подсистема, вносящая наибольшую нестабильность в работу линии по показателям качества готовой продукции. Такой подсистемой является подсистема образования халвы в виде отдельных брикетов. 2. Разработана методика проведения исследований и получены реологические параметры и адгезионные свойства халвы на стадии формования, показана возможность моделирования свойств халвы при формовании, в виде тела Сен-Венана А также получены расчетно-практические данные по адгезии слоев двухслойных халвичных изделий

3 Разработана математическая модель процесса резания халвы плоскими ножами, позволяющая рассчитывать усилие резания и прогнозировать объем возвратных отходов в виде мелкой крошки

4 Установлено, что способ формования халвичного брикета является определяющим фактором обуславливающим реологические характеристики халвы Установлено, что формование халвы с валковым нагнетанием обеспечивает рациональную структуру халвы по потребительским показателям

5 Установлена связь параметров адгезии двухслойных брикетов от длительности и усилия нагружения, получены уравнения регрессии, которые могут служить основой расчета устройств и механизмов, обеспечивающих формование двухслойных изделий

6. Экспериментально подтверждена адекватность теоретической модели процесса формования резанием. Определены рациональные параметры процесса резания при формовании халвы в брикеты для уменьшения отходов в виде мелкой крошки на 0,3% и снижения усилий при резании плоским ножом, минимальное значение усилия получено при температуре халвичной массы 60°С, угле наклона лезвия ножа 60° и скорости 3 м/сек 7 Разработана конструкция машины для формования двухслойных кондитерских изделий, обеспечивающая рациональные режимы при соединении слоев и резании их на брикеты, одновременно разработан узел

получения халвичного брикета других линейных размеров (28x18x76), который устанавливается на действующих машинах для формования брикетов халвы, формующих брикеты (28x18x38)

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1 Зуева Ю В , Вельтищев В Н, Калачев М.В Новая машина для формования мелких халвичных брикетов В сб.. «Актуальные проблемы развития пищевой промышленности и стандартизации пищевых продуктов» -Труды VIII Международной научно-практической конференции - М МГТА, 2002 г Выпуск 7 Том 4 С 39-41

2 Зуева Ю В , Вельтищев В Н , Калачев М В , Головин В Е АОЗТ «Рот-Фронт» Модернизация брикетоформующей машины для халвы В сб «Актуальные проблемы развития пищевой промышленности и стандартизации пищевых продуктов» - Труды VIII Международной научно-практической конференции - М МГТА, 2002 г Выпуск 7 Том 4 С 38-49

3 Зуева Ю В., Вельтищев В Н, Калачев М В. Халвичные палочки, глазированные шоколадом на модернизированной брикетоформующей машине //Кондитерское производство 2003 №2 С 38

4 Зуева Ю.В, Калачев М В, Петров О А Прибор для определения адгезионных свойств многослойных кондитерских изделий на примере двухслойных халвичных брикетов В сб «Стратегия развития пищевой промышленности» - Труды IX Международной научно-практической конференции -М. МГТА, 2003 Выпуск 8 Том 1 С 417-420.

5 Зуева Ю В., Вельтищев В Н, Калачев М В , Головин В Е Поточная линия производства глазированной халвы, увеличенной производительности с модернизированной формующей машиной. // Кондитерское производство 2004 №1 С 30-32

6 Зуева Ю В , Калачев М В, Березовский Ю М Анализ возможностей снижения крошкообразования при гильотинной резке халвы. В сб. «Стратегия развития пищевой промышленности» - Труды X Международной научно-практической конференции - М.. МГУТУ, 2004 Выпуск 9. Том 2. С 381-384.

7. Зуева Ю.В., Калачев М.В. Квалиметрическая оценка качества халвичного брикета //Хранение и переработка сельхозсырья 2007 №1 С 25-27

8 Зуева Ю.В., Березовский Ю М, Хромеенков В М, Калачев М.В Анализ процесса резания халвы. // Хранение и переработка сельхозсырья 2007 №4. С 74-78

9 Устройство для производства халвы в брикетах Патент на полезную модель № 58297

Отпечатано в ООО «Компания Спутник+» ПД № 1-00007 от 25.09.2000 г. Подписано в печать 05.02.08. Тираж 100 экз. Усл. п.л. 1,37 Печать авторефератов (495) 730-47-74,778-45-60

Введение

Глава 1 Технологический процесс производства халвичных брикетов, анализ процесса резания халвы как способа формования брикетов.

1.1 Технологический процесс производства халвы и формования халвичных брикетов.

1.2 Влияние технологических параметров на структурно-механические свойства халвы.

1.3 Анализ способов формования в порядке классификационной принадлежности формующих 19 устройств.

1.4 Приборы применяемые для определения структурно-механических и адгезионных свойств пищевых 24 продуктов.

1.5 Анализ процесса резания как способа формования некоторых материалов и продуктов. 28 Цели и задачи исследования.

Глава 2 Системные исследования производства халвичных брикетов.

2.1 Методика проведения исследований по оценке целостности технологической системы производства глазированных халвичных брикетов.

2.2 Системный анализ процессов производства халвичных брикетов

2.3 Технологические системы халвичного производства.

2.4 Оценка стабильности работы и целостности связи при производстве халвичных брикетов.

2.5 Исследование формования халвы в виде брикетов методом априорного ранжирования факторов.

Выводы.

Глава 3 Исследование структурно-механических и адгезионных свойств халвичного брикета.

3.1 Методика определения структурно-механических свойств халвы и халвичного брикета.

3.2 Определение зависимости твердости халвичного брикета от способа нагнетания.

3.3 Определение зависимости твердости халвичного брикета от температуры.

3.4 Определение зависимости толщины карамельных волокон от способа нагнетания при формовании халвичного брикета и влияние толщины волокон на твердость брикета.

3.5 Разработка методики экспериментов по определению адгезионных свойств на работающих в поточных линях машинах.

3.6 Исследование адгезионных свойств двухслойных халвичных брикетов.

Выводы.

Глава 4* Экспериментальное и теоретическое исследование процесса резания халвичного пласта.

4.1 Теоретический анализ процесса резания плоским ножом.

4.2 Методика проведения экспериментов и установка для резания халвичного пласта.

4.3 Анализ зависимостей усилий резания от конструктивных и технологических факторов.

4.4 Анализ зависимостей величины отходов в виде халвичной крошки от различных факторов.

4.5 Анализ и синтез ранжированных показателей качества халвичных брикетов.

4.6 Сравнение результатов теоретических и практических исследований.

Выводы.

Глава 5 Практическая реализация результатов исследований.

5.1 Разработка рекомендаций по модернизации машины для формования мелких халвичных брикетов.

5.2 Разработка рекомендаций по проектированию машины для формования многослойных брикетов халвы.

5.3 Опытно-промышленное испытание устройств по разработанным рекомендациям. 112 Выводы. 115 Список использованной литературы. 118 Приложения.

Кондитерская промышленность - отрасль, производящая высококалорийные пищевые продукты, в том числе и те, в рецептуре которых, как правило, содержится большое количество сахаристых веществ.

В состав кондитерской промышленности входят две группы производств по выработке сахаристых и мучных кондитерских изделий. Эти группы, в свою очередь, включают в себя ряд производств: карамельное, конфетное, шоколадное, пастиломармеладное, вафельное, производство печенья, крекеров, галет, тортов, пирожных и др., различающихся по технологии, применяемому оборудованию и конечной продукции. [9]

В России первые кондитерские фабрики были построены во второй половине XIX века. Так, в 1855 году открылась фабрика «Сиу и К» (ныне «Большевик»), которая до 1930 года вырабатывала карамель, конфеты и шоколад, а после 1930-го перешла на производство только мучных кондитерских изделий. В 1867 году было основано товарищество «ЭйнемЪ» (ныне фабрика «Красный Октябрь»). На сегодняшний день фабрика выпускает около 300 наименований кондитерских изделий в год. Она производит 10% выпускаемой в России карамели и 25% - ириса.

В начале XX века в России уже насчитывалось более 140 кондитерских предприятий и 10 кустарных кондитерских, на которых вырабатывалось 125 тысяч тонн различных мучных и сахаристых изделий. I

В число таких производств входили и заводы компании «Бородино», имеющие давнишние традиции. Так, до 1918 года один из заводов компании «Бородино», входил в состав Товарищества Калинкина, являющегося поставщиком конфет Двора Его Императорского Величества.

В настоящее время компания «Бородино» постоянно расширяет свой ассортимент и выпускает около ста видов различных кондитерских изделий, в том числе конфеты класса «премиум» из шоколада, орехов и фруктов. За последние годы «Бородино» увеличила объемы производства в несколько раз, отправляя около 20% своей продукции на экспорт в страны СНГ, Америку, Германию и Израиль[4].

В наши дни в Российской Федерации насчитывается более 400 кондитерских фабрик, цехов при хлебозаводах и малых пекарен, которые в общей сложности вырабатывают более 5 тысяч наименований мучных и сахаристых изделий, при этом постоянно ведутся работы по созданию новых видов изделий, улучшению качества уже имеющихся, механизации и автоматизации процесса изготовления кондитерских изделий.

В 2004 году было выпущено 1,5 млн. тонн кондитерских изделий в целом, к концу 2005 года объем производства достигает 1,6 млн. тонн. Если принять общий объем выработки кондитерских изделий за 100%, то выпуск сахаристых изделий составляет 45%, а мучных - 55% [9]. карамель 12% мягк. Конфеты 18% шоколад 7% халва 4% прочее 7% печенье 23% галеты 5% пряники 11% торты 6% В вафли 7%

Рис. 1.1. Диаграмма выпуска кондитерских изделий в групповом ассортименте за 2006 г. в целом по России

Кондитерские изделия имеют, как правило, высокую пищевую ценность и хорошую усвояемость. Российская кондитерская-промышленность, на данном этапе развития, значительно механизирована и автоматизирована. При производстве кондитерских изделий используются ведущие разработки, мировых производителей техники [2];.

Внедрение высокопроизводительных, машин и автоматов, работающих в оптимальных режимах, рассчитанных на научной»: основе: в соответствии; со свойствами обрабатываемого объекта; обеспечивает высокую эффективность производственного процесса, резкое, повышение производительности труда, ликвидацию трудоемких ручных операций, сокращение потерь пищевого сырья, ликвидацию промежуточной тары, а также, улучшает качество продукции; и санитарно-гигиенические условия производства.

Поэтому все автоматизированные линии< должны работать, таким образом, что бы продукция не теряла своего качества, физико-химических свойств, не крошилась и не теряла "форму в процессе обработки, что позволит сократить количество работников контролирующих обработку масс в процессе формования и при дальнейшей обработке.

Наиболее сложными для формования являются неоднородныемассы, такие как халвичная масса.

Халва — это кондитерское изделие' восточная сладость. Халва в переводе с арабского означает сладость. Она представляет собой слоисто-волокнистую, массу, состоящую из растертых обжаренных масличных ядер и тонких волокон сбитой карамельной массы.

Халва - продукт с хорошими вкусовыми свойствами* и особенно высокой, по сравнению со многими другими- кондитерскими изделиями, пищевой ценностью, поскольку содержит 14 - 16%; белковых веществ. Калорийность халвы 510 - 520 кКал на 100 г. продукта или 210 • 10* кДж/кг. По содержанию жира и калорийности халва близка к таким изделиям, как шоколад, но превосходит его по содержанию и ценности белковых веществ.

Халву делали и делают в Турции, Ираке, Афганистане, а также в Греции, Болгарии, Румынии. В Россию халва попала через Одессу, где ее впервые начал изготовлять заводчик Кази. Кази был не только дельцом, но и хорошим кондитером, и способным инженером. Свой завод он оснастил аппаратами собственной конструкции, что позволило ему ежедневно выпускать до 800 кг продукта. Халва Кази долго славилась во всей России. Несколько позднее халву стали готовить в Москве, Петербурге, Казани и Ростове.

В зависимости от вида маслосодержащих ядер готовят кунжутную (тахинную), арахисовую и ореховую, подсолнечную и комбинированную халву (используя два или более вида масличных семян или орехов).

В' настоящее время выпускают неглазированную и глазированную шоколадом халву; в соответствии с рецептурами в нее могут быть введены какао-продукты, орехи, изюм, цукаты и другие добавки.

Сырье, применяемое в халвичном производстве, делится на основное и вспомогательное.

Основным сырьем для производства халвы являются семена кунжута и подсолнечника, ядра арахиса, кешью, сахар, патока, мыльный или солодковый корень.

Вспомогательное сырье - различные вкусовые и ароматические добавки (какао тертое, какао-порошок, шоколадная глазурь, ванилин и др.), а также вода и поваренная соль. Иногда, когда жира в ядре подсолнечника содержится мало, для приготовления халвы используется подсолнечное масло.

Целью настоящей работы является анализ процесса резки, т.к. при формовании с помощью рубящего гильотинного ножа халвичных жгутов на отдельные корпуса образуется большое количество возвратных отходов (крошки). Чтобы выявить возможности уменьшения количества крошек, образующихся при резке, а также улучшить внешний вид корпусов перед нанесением глазури, проведены теоретические и экспериментальные исследования процесса.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ.

1. На основе системного анализа поточных механизированных линий производств халвы выявлена подсистема, вносящая наибольшую нестабильность в работу линии, по показателям качества готовой продукции. Такой подсистемой является подсистема образования халвы в виде отдельных брикетов.

2. Разработана методика проведения исследований и получены реологические параметры и адгезионные свойства халвы на стадии формования, показана возможность моделирования свойств халвы при формовании, в виде тела Сен-Венана. А также получены расчетно-практические данные по адгезии слоев двухслойных халвичных изделий.

3. Разработана математическая модель процесса резания халвы плоскими ножами, позволяющая рассчитывать усилие резания и прогнозировать объем возвратных отходов в виде мелкой крошки.

4. Установлено, что способ формования халвичного брикета является определяющим фактором, обуславливающим реологические характеристики халвы. Установлено, что формование халвы с валковым нагнетанием обеспечивает рациональную структуру халвы по потребительским показателям.

Установлена связь параметров адгезии двухслойных брикетов от длительности и усилия нагружения, получены уравнения регрессии, которые могут служить основой расчета устройств и механизмов обеспечивающих формование двухслойных изделий. Экспериментально подтверждена адекватность теоретической модели процесса формования резанием. Определены рациональные параметры процесса резания при формовании халвы в брикеты для уменьшения отходов в виде мелкой крошки на 0,3% и снижения усилий при резании плоским ножом, минимальное значение усилия получено при температуре халвичной массы 60°С, угле наклона лезвия ножа 60° и скорости 3м/сек.

Разработана конструкция машины для формования двухслойных кондитерских изделий, обеспечивающих рациональные режимы при соединении слоев и резания их на брикеты, одновременно разработан узел получения халвичного брикета других линейных размеров (28x18x76), который устанавливается на действующих машинах для формования брикетов халвы, формующих брикеты (28x18x38).

1. Мачихин Ю.А., Берман Г.К., Клаповский Ю.В. Формование пищевых масс. М., «Колос» 1992г. 272 стр.

2. Зубченко A.B. Влияние физико химических процессов на качество кондитерских изделий. М., Агропромиздат 1986г. 295 стр.

3. Гуськов К.П., Мачихин Ю.А., Мачихин С.А., Лунин Л.Н. Реология пищевых масс. М., «Пищевая промышленность» 1970г. 206стр.

4. Аналитические статьи. Сахаристые кондитерские изделия -импорт и экспорт. Журнал «Russian Food&Drinks» №8, 2002г.

5. Резник Н.Е. Теория резания лезвием и основы расчета режущих аппаратов. М., «Машиностроение» 1975г. 310стр.

6. Калачев М.В. Исследование процесса резания и структурно-механических свойств кондитерских полуфабрикатов волокнистой структуры с целью усовершенствования устройств для формования халвы, диссертация, М., ВЗИПП 1975г. 216стр.

7. Под ред. Горбатого A.B. Структурно-механические характеристики пищевых продуктов. М., «Легкая и пищевая промышленность» 1982г. 293 стр.

8. Николаев Б.А. Измерение структурно-механических свойств пищевых продуктов. -М., Экономика, 1964г. 224стр.

9. Поплавская Н.В. Современное состояние и перспективы развития ' производства кондитерских изделий. Журнал «Библиотека хозяина» М., «Пищевая промышленность» 2002г. 102стр.

10. Исследование механических характеристик мяса методом проволочной тензометрии / Горбатов A.B., Лимонов Г.Е.,

11. Спирин Е.Т., Небурчилов В.В. Мясная индустрия СССР, 1968, №3 с 28-29.

12. Хромеенков В.М., Рензяев О.П. Динамика рабочих органов многоножовых резательных ножей. М., статья МГТА 9 Международная научно-практическая конференция №8 2003г. стр 416-417.

13. Даурский А.Н., Мачихин Ю.А. Резание пищевых материалов. -М., «Пищевая промышленность» 1980г.стр.238.

14. Панфилов В.А. Технологические линии пищевых производств.- М., «Колос» 1993г. стр.285.

15. Панфилов В.А. Научные основы развития технологических линий пищевых производств. М, «Агропромиздат» 1986г. стр.248.

16. Панфилов В.А. Оптимизация технологических систем кондитерского производства. М., «Пищевая промышленность» 1980г. стр.247.

17. Боровиков В. 8ТАТ18Т1СА Искусство анализа данных на компьютере: Для профессионалов. 2-е изд. (+СБ) СПб.: Питер, 2003 -688с: ил.

18. ГОСТ 6502 94 Межгосударственный стандарт Халва Общие технические условия.

19. Сборник технологических инструкций по производству карамели, конфет, ириса, шоколада, порошка какао, мармеладо пастельных изделий драже и халвы. Пищепромиздат.

20. Вязкость карамельной массы при обработке в обкаточной машине.- Е.В. Лазарев, Ю.М. Березовский, В.А.Панфилов и др.-Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1986,№9.

21. Вязкостные свойства карамельной массы при обработке жгутовытягивающей машине.- Е.В. Лазарев, Ю.М.1. Березовский,

22. В.А.Панфилов и др.- Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1987,№ 1.

23. Создание установки для непрерывного вымешивания халвы (отчет),т. 13, ВНИИКП, Никифорова В.Н., 1971, 58с.

24. Усовершенствование технологических процессов изготовления подсолнечной и тахинной халвы в условиях механизированного производства (отчет), т.6, ВНИИКП, Никифорова В.Н., 1969, 64с.

25. Кочетова Л.И. Производство халвы М., «Пищевая промышленность», 1977,134с.

26. ГОСТ 25761-83 Общие виды резания. Термины и определения общие понятия. Обработка резанием.

27. ГОСТ 3.1404 86 Формы и правила оформления документации на технологические процессы.

28. ГОСТ 3.1701-79 Единая система технологической документации.

29. ГОСТ 2.701 84 Формы и правила оформления документации на общие схемы.

30. Нормы отходов не используемых в производстве кондитерских изделий. Утверждено 16 августа 1989г. зам. Начальника отдела пищевой промышленности Госагропрома Макаровым А.Т.

31. Норматив возвратных отходов используемых в производстве кондитерских изделий. Утверждено Минпищепромом СССР 10.12.1985г.

32. Норматив возвратных отходов по халвично-дражжейному цеху с разбивкой по стадиям производства. Утверждено исп. Директором ОАО «Рот Фронт» Палатовым В.М. 15.06.2005г.

33. ТУ 9127-015-00340664-04 Производство халвы.32