автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование и разработка механизированных диэлектрических установок для варки яиц

На правах рукописи

Буш Низар Касем

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ДЛЯ ВАРКИ ЯИЦ

05 20 01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства 05 20 02 - Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Чебоксары - 2008

003163502

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия»

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Новикова Галина Владимировна доктор ветеринарных наук, профессор Кириллов Николай Кириллович доктор технических наук, профессор Алешкин Владимир Романович доктор технических наук, доцент Овчукова Светлана Александровна

Ведущая организация

ФГОУ ВПО «Казанский ГАУ»

Защита состоится «29» февраля 2008 г в 13— часов на заседании диссертационного совета Д 220 070 01 при ФГОУ ВПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу 428003, г Чебоксары, ул К Маркса, 29, ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА», ауд 222

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА»

Автореферат разослан «14» января 2008г

Ученый секретарь диссертационного совета

Михайлова О В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Концепция развития птицеводства до 2010 года предусматривает повышение валового производства яиц во всех категориях хозяйств Его планируется довести до 47 млрд шт к 2010 г, т е до 290 яиц и более в расчете на одного человека в год Для достижения таких показателей потребуется техническое перевооружение птицеводческих хозяйств, в том числе разработка новых технологий и создание технических средств для варки яиц

Для ускорения процесса варки яиц без использования воды, с учетом специфических особенностей их компонентов, нами разработаны механизированные диэлектрические установки ярусного и каретного типов В них предусмотрено циклическое воздействие электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ) на яйца

Научно-методической основой настоящего исследования послужили труды ведущих ученых по фундаментальным и прикладным вопросам электромеханизации сельского хозяйства и другим отраслям науки Алешкина В Р , Бородина И Ф , Возмилова А Г, Воробьева В А, Живописцева Е Н , Изакова Ф Я, Кудрявцева И Ф , Мартыненко И И , Михайловой О В , Новиковой Г В , Стор-чевого В Ф , Стребкова Д С , Тареева Б М , Тарушкина В И, Цугленок Н В и др

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИОКР ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА» и вписывается в Стратегию машинно-технологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции России на период до 2010 г

Целью настоящей работы является обоснование и разработка механизированных диэлектрических установок для варки яиц при минимальных затратах энергии

В связи с поставленной целью решались следующие научные задачи

- изучить диэлектрические и теплофизические свойства пищевых продуктов, проанализировать существующие транспортирующие яиц механизмы, способы и технические средства для варки яиц без воды с использованием сверхвысокочастотной энергии,

- теоретически обосновать режимы и конструктивные параметры механизированных диэлектрических установок для варки яиц,

- разработать, изготовить и испытать механизированные диэлектрические установки для варки яиц, провести экспериментальные исследования процесса варки яиц при разных значениях удельной мощности СВЧ генератора и скважности процесса воздействия, скорректировать режимные параметры диэлектрических установок,

- провести технико-экономическое обоснование реализации разработанных механизированных диэлектрических установок для варки яиц

Концепция На основе

- анализа диэлектрических и теплофизических свойств пищевых продуктов,

- обоснования экспозиции воздействия ЭМП СВЧ на яйца через согласование частоты вращения яйца и роликов со скоростью движения каретки,

- определения допустимой скорости нагрева продуктов,

- исследования зависимости времени варки яиц от удельной мощности СВЧ генератора и скважности воздействия,

- изучения методики проектирования объемных резонаторов, предназначенных для нагрева диэлектриков на сверхвысоких частотах,

согласовываются конструктивно-технологические параметры, разрабатываются механизированные диэлектрические установки для варки яиц

Объектом исследований является система факторов, обеспечивающих качественную варку яиц без воды в механизированных диэлектрических установках при минимальных затратах СВЧ энергии и отрицательных воздействиях на окружающую среду

Предметом исследований являются закономерности взаимодействия яиц с рабочими органами диэлектрических установок для их варки

Методология исследований На основе диэлектрических и теплофизиче-ских характеристик компонентов яйца, теории нагрева материала в электромагнитном поле, системного подхода к комплексу теоретических и экспериментальных результатов, полученных при помощи математических, физических, биометрических, статистических методов, разрабатываются механизированные диэлектрические установки для варки яиц, состоящие из микроволновых печей и функциональных модулей с механизмами транспортирования яиц

Научная новизна

- теоретические и экспериментальные исследования, подтверждающие возможность варки яиц в механизированных диэлектрических установках в процессе их транспортирования с вращением вокруг продольной или поперечной оси с помощью роликовой каретки,

- теоретические и экспериментальные исследования по согласованию удельной мощности СВЧ генератора, напряженности электрического поля, времени варки яиц со скоростью передвижения роликовой каретки, выявленная эффективная скорость движения роликовой каретки, при которой яйца вращаются вокруг продольной или поперечной оси при механизированной их транспортировке в диэлектрической установке,

- результаты исследования скорости диэлектрического нагрева яиц при разных значениях удельной мощности СВЧ генератора и скважности процесса воздействия, обоснованные режимы и конструктивные параметры разработанных и созданных механизированных диэлектрических установок ярусного (заявка №2006147071) и каретного типов,

Практическую ценность работы составляют

- обоснованная методика проектирования функциональных модулей с механизмами транспортирования вращающихся объектов (яиц) в рабочей камере СВЧ печей,

- созданные механизированные диэлектрические установки (ярусного типа, производительностью до 160 шт/ч, каретного типа, производительностью 100 шт/ч)

Реализация результатов исследований Разработка механизированных диэлектрических установок для варки яиц проводилась в соответствии с

планом НИР ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА» Производственные испытания механизированных диэлектрических установок проводились в ГУП ЧР «Птицефабрика «Моргаушская» Результаты научных исследований используются в учебных процессах ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА» и ФГОУ ВПО «Марийский ГУ»

Апробация результатов исследования. Материалы диссертации доложены и обсуждены на III Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Роль молодых ученых в реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК», ФГОУ ВПО ЧГСХА, Чебоксары, 22 марта 2007 г », на аграрной научно - практической конференции «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства», ФГОУ ВПО «Марийский государственный университет», Йошкар - Ола, 2007 г, на II Международной научной конференции «Знания молодых новому веку», ФГОУ ВПО «Вятская ГСХА», Киров, 2007 г, на Республиканской научно-практической конференции «Роль молодых ученых в реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК», ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА», Чебоксары, 23 ноября 2007 г

Механизированная диэлектрическая установка ярусного типа демонстрировалась с 23 по 26 июня 2006 года на VIII Всероссийской универсальной выставке — ярмарке «Регионы - сотрудничество без границ» (г Чебоксары, МТВ-Центр), на III Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Роль молодых ученых в реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК» (ФГОУ ВПО ЧГСХА, Чебоксары, 22 марта 2007 г)», на XIV Всероссийской универсальной выставке - Ярмарке «Регионы - сотрудничество без границ («ЭКСПО КОНТУР», Чебоксары, 22 25 июня 2007 г ), на Республиканской научно-практической конференции «Роль молодых ученых в реализации приоритетного национально проекта «Развитие АПК» (ФГОУ ВПО ЧГСХА, 22 23 ноября 2007 г)

Публикации Результаты теоретических и экспериментальных исследований отражены в 15 печатных работах, в том числе 2 работы опубликованы в ведущем рецензируемом научном журнале, рекомендованном ВАК Федерального агентства по образованию РФ

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, приложения, списка литературы из 103 наименований, в том числе 10 на иностранном языке Общий объем диссертации составляет 142 страницы, в том числе на 137 страницах изложен основной текст с 58 рисунками и 24 таблицами

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель и задачи исследований, выделены объект и предмет исследований, а также основные положения, выносимые на защиту

В первой главе «СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА» приведен анализ существующих способов и технических средств, предназначенных для варки пищевых

продуктов, обоснованы необходимые количества яйцеварок для ЧР и РФ, приведены диэлектрические и теплофизические параметры пищевых продуктов

Анализ результатов отечественных и зарубежных исследований в области применения энергии электромагнитных излучений в технологических процессах птицеводства таких авторов, как Бородин И Ф , Возмилов А Г, Воробьев В А , Изаков Ф Я , Кудрявцев И Ф , Косицин О А , Ксенз Н В , Михайлова О В , Новикова Г В, Сторчевой В Ф , Тарушкин В И , Файн В Б и других позволил получить ценные материалы и рекомендации по совершенствованию технологии и технических средств переработки яиц

На основании анализа исследований и классификации конструктивных решений выявлены перспективные модели механизированных диэлектрических установок для варки яиц без воды методом циклического воздействия ЭМП СВЧ

Во второй главе «ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМНЫХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК» приведены

- теоретические исследования по согласованию напряженности электрического поля, времени варки яиц со скоростью передвижения роликовой каретки, предназначенной для транспортирования яиц с вращением вокруг продольной или поперечной оси

- разработанные операционно-технологические схемы варки яиц в диэлектрических установках каретного типа периодического и непрерывного действия,

- обоснование кинематических и конструктивных параметров цепного транспортера, предназначенного для осуществления возвратно-поступательного движения роликовой каретки,

- согласование скоростей вращения яйца вокруг продольной или поперечной оси и транспортирующих роликов,

- согласование конструктивных параметров роликовой каретки с размерами яйца,

- обоснование экспозиции диэлектрического нагрева и скважности воздействия ЭМП СВЧ на яйца при расположении их на разных точках роликовой каретки

Наибольшее применение имеет частота 2450 МГц, при которой КПД СВЧ генератора составляет 60 70% и обеспечивается более равномерное распределение энергии в объеме нагревательной системы Электромагнитная волна, проникая в диэлектрик с потерями, ослабляется в направлении распространения в результате поглощения энергии, сопровождаемого выделением теплоты При проектировании установок со СВЧ-энергоподводом важное значение имеет равномерность распределения ЭМП в резонаторной камере Суммарный коэффициент поглощения энергии достигает максимального значения в тех зонах камеры, где падающий, отраженный и боковой потоки энергии соизмеримы

Для достижения равномерности воздействия ЭМП СВЧ на яйца необходимо их перемещать в пространстве рабочей камеры микроволновой печи с вращением вокруг продольной или поперечной оси С этой целью разработан

специальный транспортирующий механизм, позволяющий осуществить циклический способ воздействия ЭМП СВЧ на яйца

Экспозицию нагрева яиц в ЭМП СВЧ определяют по известной формуле _ЛГ р с_/С_ иди (!)

0,55 10 е 1ё8 Е2 / т? с

Д Т с

..с,

(2) 1000 Р ц

где е - диэлектрическая проницаемость компонентов яйца, - тангенс угла диэлектрических потерь, Е - напряженность электрического поля СВЧ, В/м, /- частота электрического поля, Гц, г] - термический КПД, ДТ - приращение температуры компонентов яйца, °С, р — плотность компонентов яйца, кг/м3, Р - удельная мощность, Вт/г, с - теплоемкость компонентов яйца, кДж/(кг °С)

Экспозицию нагрева яиц необходимо согласовать с линейной скоростью перемещения каретки Поэтому ниже обоснованы параметры транспортирующего механизма

Обоснование цепного транспортера

Скорость движения каретки

<9. =£У.

' М/С>

Рис 1 Схема транспортирующего механизма 1 - мотор-редуктор, 2, 5 - ведущий и ведомый шкивы, 3 - цепной транспортер, 4 - соединение штанги с цепным транспортером, 6 -штанга, 7 - диэлектрическая пластина, соединяющая каретку со штангой, 8 - каретка, 9 - ролики, 10 -жесткозакрепленные оси для роликов, 11 - диэлектрический каркас каретки

где т - угловая скорость вращения звездочки цепного транспортера, с

пр

Р-гвезд- радиус звездочки, м Общее время нагрева

; =(' +t" , с,

нагр нагр нагр

(3)

(4)

где нагр> нагр ' вРемя нагрева яиц в микроволновом печи в момент движения штанги между осями звездочек и по полуокружности звездочки, соответственно, с Расстояние между точками А и В (рис 2)

iав ^зеезд >

где / - расстояние между осями звездочек, м, Дво(Г диаметр звездочки, м

Рис 2 Схема передвижения каретки

Скорость движения каретки

$ = Оц ) ^ м/с или ,9 =й, Г;М/с (6)

иагр

л г ^пр ^звезд .1

Угловая скорость ролика <У =- , с (7)

г

С учетом формул 1, 2 и 6 согласуем скорость движения каретки с удельной мощностью воздействия ЭМП СВЧ на яйца (8) или напряженностью электрического поля (9)

(1ц+я юоо Рп м

АГ с V (8)

0,55 10~10 к Е2 f rj (1ц+х R^) м

р АГ с с

(9)

где к - фактор потерь, г - радиус ролика, м

Согласование условия вращения яйца и роликов

Сила трения между яйцом и роликом ^ а не должна превышать силу трения ролика о поверхность движения р л

F >F

тр п тр я

/г

— cos2a + Gn

, а , (Ю)

> fx — cos о

где/2 - коэффициент трения ролика о рабочую поверхность, У)-коэффициент трения яйца о поверхность роликов, G, Go- масса яйца и ролика, соответственно, кг, пр- количество роликов на которые опирается яйцо, шт, а - угол наклона касательной, проходящей через точку соприкосновения яйца и ролика к плоскости движения каретки, град Условие вращения яйца и роликов

G<_Л G°__(И)

fx cos а-/2 cos2 а

Рис 3 Схема взаимодействия яйца и роликов 1-1 - плоскость, по которой движутся ролики, т-т - плоскость, касательная к точ-

Вращение яйца, опирающегося на ролики, при передвижении каретки с определенной скоростью с помощью штанги и цепного транспортера осуществляется за счет силы трения Ртр , которая должна преодолевать ниже приведенные сопротивления

Сопротивление от трения роликов об ось под действием суммарной нагрузки

О2)

р

где ¡1 - коэффициент трения роликов об ось, с1„ - диаметр оси роликов, закрепленной жестко в диэлектрический каркас каретки, м, Ор- диаметр ролика, м, Рг суммарная нагрузка на ось роликов с учетом их веса С0, Я

Сопротивление р трения качения яйца по роликам

г , 2 0 и (13)

Е, = к--со&а,Н, к '

£>п

р р

где к - коэффициент трения качения яйца по роликам Сопротивление Р} скольжению яйца о ролик равно силе трения

Рг=Ртря,Н (14)

(В случае идеального вращения яйца, /г пренебрегаем) Ста инерции яйца:

(15)

Я Л

где Я - продольный или поперечный радиус яйца в зависимости от его расположения на роликах, м, СОя - угловая скорость вращения яйца, с 1

Сила инерции Fu вращающихся роликов

F»> = J°£-J°r15id-^'n' (16)

где J0 - момент инерции ролика относительно его оси вращения, £ - угловое ускорение вращения ролика, с"2, сор - угловая скорость вращения роликов, с'1 Таким образом, уравнение движения яйца имеет вид

К.+Ъ^Ры-Ъ-Ъ-Ъ, (П)

преобразовывая формулу (17), получим уравнение движения каретки

/ _ \

G , ■ S Dp

^ = Р, ——2k cosa О«)

где F - сила движения от мотора-редуктора, Н, ,9 - линейная скорость движения каретки, м/с

При этом левая часть уравнения должна быть положительной и отличной от нуля Для улучшения условий движения каретки с яйцами необходимо стремиться к уменьшению массы роликов и коэффициентов трения в осях роликов Ролики будут вращаться, если сила трения ролика о поверхность яйца превысит силы сопротивления вращению ролика

Учитывая это, получаем величину минимальной массы яйца, обеспечивающей проворачивание роликов при его вращении

G >

Go пр (19)

D /¡cosа —----cos

М ¿о

Яйцо с массой С будет вращаться вокруг своей оси на каретке с роликами при выполнении условия

Оо»Р "Р /, с0 (20>

Вр /, а„а_ста^- /, а»а-/, со?а ц ад

Обоснование скорости вращения яиц и роликов Абсолютное движение яйца представляет собой вращение вокруг оси, проходящей через мгновенный центр скоростей роликов, то есть через точку р соприкосновения яйца и ролика (рис 4)

Так как мгновенный центр скоростей р абсолютного вращения яйца находится между мгновенными центрами ре и рг переносного и относительного вращений, то модуль абсолютной угловой скорости равен

а> = сог-сог, а>я=со (21)

где о)е - переносная угловая скорость ролика, с 1 (она равна угловой скорости ролика), (ог - относительная угловая скорость яйца, с"'

Рис 4 Схема вращения яйца вокруг оси, находящегося на роликах г - радиус ролика, Л - радиус яйца

Угловая скорость вращения яйца составляет

О'

со. = со.

1 —

А

(22)

или через линеиную скорость пе-

редвижения каретки

03. =Я

д.

(23)

где Ир, - диаметры ролика и яйца соответственно, м

Из выражения (23) вытекает, что угловая скорость вращения яйца зависит от скорости передвижения каретки, диаметров ролика и яйца

Угловая скорость вращения яйца, с учетом их электрических и физических параметров, напряженности и частоты ЭМП

0,55 10-'° е ígS Е2 / г) (1щ + я Яжзд) (±_±

со. =-

(24)

Р*Гс _„-"

Выражение (24)показывает, что угловую скорость вращения яйца следует согласовать с удельной мощностью СВЧ генератора, кинематическими параметрами транспортирующего механизма

Согласование расстояний между роликами и га осями с размером яйца

Рис 5 К определению расстояния между осями роликов

Яйцо имеет три точки соприкосновения с роликами

Расстояние между роликами при заданном угле а

2згпа 1,

(25)

где в - расстояние между точками соприкосновения яйца с роликами, м

Если центр тяжести яйца совпадает с его геометрическим центром, то расстояние между осями роликов вычисляется по известному выражению-

/„.=0,45 /

26 к вша

И tga > м>

(26)

Го

где I „- длина продольной или поперечной оси яйца в зависимости от его расположения относительно оси роликов, и, И — расстояние от поверхности качения до центра тяжести яйца, м, 5Я и у0 - площадь поперечного сечения яйца (м2) и его удельный вес (кг/м3) соответственно

В третьей главе «МЕТОДИКА И СРЕДСТВА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ» изложена методика проектирования и описания разработанных механизированных диэлектрических установок для варки яиц

Рис 6 Схема диэлектрической установки каретного типа периодического действия 1 - корпус -экран, 2

- передвижная пластина, 3 -крышка-экран, 4 - дверь для загрузки, 5 - микроволновая печь, 6 - каретка, 7 - направляющая для каретки, 8 - яйцо, 9

- ось для роликов, 10 - ролики,

11 - жестко закрепленный хомут,

12 - шарнирное крепление рычага к хомуту, 13 - диэлектрическая рабочая поверхность, 14 -алюминиевая рабочая поверхность, 15 - рычаг, 16 - штырь для закрепления рычага, 17 - ведомая звездочка, 18 - цепь транспортерная, 19 - мотор-редуктор, 20 - ведущая звездочка, 21 - стол

мощности При включении микроволновой печи яйца, находящиеся в рабочей камере, нагреваются, а во время транспортирования их за пределами печи, температура и давление по всему объему яиц выравниваются Яйца, расположенные в алюминиевом корпусе, подвержены воздействию слабого краевого электрического поля сверхвысокой частоты (пауза) В процессе вращения вокруг оси и передвижения каретки яйца подвергаются эндогенному нагреву периодически В это время желток нагревается за счет токов поляризации быстрее, так как фактор потерь желтка выше, чем у белка в 2 2,5 раза на частоте 2450 МГц Таким образом, осуществляется циклический способ воздействия электрического поля сверхвысокой частоты на яйца во время их транспортирования с вращением вокруг своей оси Количество необходимых циклов для полной варки яиц «вкрутую» зависит от мощности микроволновой печи, плотности посадки яиц на роликовую каретку и скорости ее передвижения Ролики имеют особую конфигурацию, позволяющую вращать яйца вокруг продольной или поперечной оси Блок каретки предотвращает выкатывание яиц за ее пределы За счет многократного циклического воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты яйца не взрываются При достижении температуры в белке 80 90 °С следует выключить микроволновую печь, открыть выгрузное окно, снять горячие яйца с каретки и загрузить ее новой партией яиц Горячие яйца необходимо остудить до комнатной температуры Только после этого можно вскрыть скорлупу, иначе за счет высокого внутреннего давления содержимое яйца выплеснется наружу Белок приобретает твердую консистенцию только после охлаждения яиц

Процесс варки в механизированной диэлектрической установке каретного типа периодического действия (рис 6, 7) происходит следующим образом Включают электродвигатель, загружают яйца на роликовую каретку через загрузочное окно Затем герметично закрывают крышку люка После подготовки функционального модуля задают режим таймера времени и

Рис. 7. Реальное исполнение механизированной диэлектрической установки каретного типа

На рис. 8 представлена механизированная диэлектрическая установка каретного типа непрерывного действия. Отличительной особенностью этой установки является наличие дополнительного функционального модуля с тыльной стороны микроволновой печи. Этот функциональный модуль содержит выгрузной скребок и ленточный транспортер для сбора вареных яиц. По окончании процесса варки скребок автоматически опускается, и при передвижении каретки в сторону привода яйца с каретки с помощью скребка выгружаются на ленточный транспортер. С помощью последнего яйца перемещаются за пределы корпуса. Оба функциональных модуля заэкранированы.

Рис. 8. Механизированная диэлектрическая установка каретного типа непрерывного действия: 1 - передняя стенка корпуса; 2 - корпус - экран; 3 - боковая стенка корпуса; 4 - передняя стенка рабочей камеры; 5 - склиз для загрузки яиц; 6 - дверь для загрузки; 7 - микроволновая печь: 8 - диэлектрическая направляющая для каретки; 9 -боковая стенка корпуса задней выгрузной камеры; 10 - боковая стенка внутренней камеры; 11 - задняя стенка корпуса; 12 - яйцо; 13 - ленточный транспортер; 14 - каретка; 15 -ролики; 16 - стальная рама; 17 - стальная опора яйцеварки; 18 - стол; 19 - рама внутренней камеры; 20 - рычаг; 21 - передвижная пластина; 22 - ведомая звездочка; 23 - цепь; 24 -диэлектрическое основание рабочей камеры; 25 - натяжная звездочка; 26 - мотор редуктор

Загрузка яиц проводится через люк первого функционального модуля с помощью специального склиза либо с помощью ручного пневматического переукладчика яиц.

Механизированная диэлектрическая установка ярусного типа (рис. 9) содержит функциональный модуль и микроволновые печи, расположенные одна над другой. Функциональный модуль состоит из алюминиевого корпуса, внутри которого имеются поярусно расположенные радиопрозрачные контейнеры с ячейками для яиц и радиопрозрачные полки. Под каждым контейнером к боковым стенкам корпуса функционального модуля жестко закреплены радиопрозрачные полки. Они являются рабочей поверхностью для яиц, транспортируемых в контейнере. В каждой микроволновой печи по два яруса контейнеров, установленных на вал, приводимый во вращение от мотора-редуктора.

Рис. 9. Реальное исполнение диэлектрической установки ярусного типа

Корпус установлен непосредственно к микроволновым печам, для этого с печей демонтированы двери. Вал находится за пределами печей внутри функционального модуля. Передняя стенка корпуса является дверью для загрузки и выгрузки яиц в контейнеры. На уровне каждой рабочей камеры микроволновой печи по две прорези. Через эти прорези проходят радиопрозрачные полочки и контейнеры так, что одна половина их находятся внутри функционального модуля, а вторая - в соответствующих рабочих камерах микроволновых печей.

Ниже проанализируем зависимость величины скважности процесса воздействия ЭМП СВЧ от месторасположения яиц на каретке в яйцеварках периодического и непрерывного действий.

Обоснование экспозиции диэлектрического нагрева яиц при продольном или поперечном их расположении на передней части каретки

^ кю

ШШМ1

РШ1Ш

....... Р=ш==

295

Рис. 10. Расположение яиц на передней части каретки

1. Механизированная яйцеварка периодического действия

2-(Ь -£> )

_ \ кар рол /

/

нагр]

3

паузы 1

2-П

3.

кар

(27)

t , 2 (L -D ) _=!—--v „ ->0,5,

1+2 (L -D )

2 /Ш I v [p ^и/

где S - скважность процесса, tua2p - время нагрева, с, 1пау1ы - время паузы, с, LKap - длина каретки, м, Dpo, - диметр ролика, м, Djee3d - диаметр звездочки цепного транспортера, м 2 Механизированная яйцеварка непрерывного действия Считаем, что LKap~Lne4U

l..p „ 21„ l..r , 2D.

Кагр q ' ^ Hey* ^ > ' Яа-р q » 'порт >

*op tap tap

r 4 1«*+2 D' C.

¿.+2D (28)

L

—, 5'>0,5, S"<0,5

3 ¿и,

где Д, — диаметр яйца, м,1ч- время цикла, с, 5 - скорость передвижения каретки, м/с

Обоснование экспозиции диэлектрического нагрева яиц при продольном или поперечном их расположении на средней части каретки

1 Механизированная яйцеварка периодического действия

, -Ь*. г ,, 5 =0,5 (29)

2 Механизированная яйцеварка непрерывного действия

L L L L

_ кар f ^п _ кар ^п _ кар t _ кщ

иагр ' паузы ^ ' кагр ^ ' /юугы ^

(30)

4 L . L

t =-=-,S' = S" = —^=0,5

' 9 2 1

Обоснование экспозиции диэлектрического нагрева яиц при продольном или поперечном их расположении на задней части каретки

1 Механизированная яйцеварка периодического действия

, _2 (°'+2 , (Ь^-2Ррм-Р,) (31)

КйгрЗ д ' паузы 3 п '

кар кар

О +2й 5 -^<0,5

А»,

2 Механизированная яйцеварка непрерывного действия

., _ ^кар _ 2РЯ _ ^кар 2Ькар

иагр ~~ п ' па VI ' па*р д ' пауз ^ '

шр к ар кар кар

I = 5" =-^-, 5' < 0,5, 0,5 (32)

'9 31 Ь + 2£>

кар кар кар я

Рекомендуется варить яйца при скважности процесса воздействия ЭМП СВЧ менее или равной 0,5. Следовательно, яйца следует располагать на каретке со стороны штанги до середины, если это установка периодического действия. В яйцеварках непрерывного действия их следует располагать на средней части каретки.

В четвертой главе «РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ» приведены графики диэлектрического нагрева пищевых продуктов, в том числе яиц, номограммы для согласования режимных параметров механизированных диэлектрических установок для варки яиц (рис 12).

С уменьшением скорости нагрева время варки увеличивается (рис. 12). При удельной мощности более 18,5 Вт/г и скважности 0,5 (максимальный параметр, при котором можно проводить варку яиц) яйцо, не достигая 100 °С, взрывается. Если удельная мощность 32 Вт/г, то варка яиц возможна лишь при скважности меньше 0,37. При удельной мощности менее 10 Вт/г время варки увеличивается, что снижает производительность диэлектрической установки. Рекомендуется варить яйца при скважности от 0,2 до 0,5 и удельной мощности от 10 до 32 Вт/г, причем скорость нагрева не должна превышать 1,11 °С/с, а скважность - 0,5. Изменение удельной мощности должно быть согласовано со

Скважность, %

Рис. 11. Возможные варианты согласования скорости нагрева со скважностью процесса варки яиц при разных удельных мощностях ЭМП СВЧ: 1 - 9,8 Вт/г; 2-18,5 Вт/г; 3-32 Вт/г; 4 - критическая скорость нагрева

1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 о wo 233 эзэ tx> зи eco то acó seo icco neo 1заз

Скорость нагрева, "С/с „

r r Время варки, с

Рис. 12. Номограмма для согласования режимных параметров диэлектрической установки каретного типа периодического действия. Энергозатраты, Вт-ч/г: 1 - 0,12; 2 - 0,24; 3 - 0,48, 4 - 0,12; 5 - 0,24; 6 - 0,48; скважность - 0,5; 7 - при энергозатратах 1,11 Вт-ч/г и скважности - 0,2

Зависимость динамики нагрева компонентов яйца от удельной мощности ЭМП СВЧ представлена ниже (рис. 13)

о

О.

о ^

о

1,2

0,8

га о

ш

ora 06

а =г

b >s га к

0,4 0,2

0 5 10 15 20

Удельная мощность, Вт/г

Рис. 13. Зависимость динамики нагрева компонентов яйца от удельной мощности ЭМП СВЧ: 1 - белка; 2 - желтка (энергозатраты 0.46... 0,47 Вгч/г)

С помощью программы 31а1д5Иса получены модели времени варки и производительности механизированной диэлектрической установки периодического действия и двумерное сечение в изолиниях от варьируемых параметров. По-

Критическая скорость нагрева желтка

0,889

0,537

-*-Ряд1 Ряд2

лучены эмпирические выражения, характеризующие зависимость времени варки и производительности установки от мощности микроволновых печей (0,4 0,8 кВт), их количества (1 3 шт) и количества одновременно нагреваемых яиц (1 7 шт)

В пятой главе «ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ» представлена технико-экономическая оценка внедрения механизированных диэлектрических установок для варки яиц Результаты технико-экономической оценки приведены в табл 1

1 Технико-экономические показатели внедрения механизированных диэлектрических установок для варки яиц_

Показатели Варианты

базовый проектный

варка яиц с помощью паро-яйцеварки ярусного типа каретного типа

Производительность, шт /ч 35 160 70 100

Удельные энергозатраты, Вт ч/шт 21 5,5 11,87

Эксплуатационные затраты на

варку яиц, руб /1000 шт 1190 241,89 302,5

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1 Анализ вариантов исполнения механизированных диэлектрических установок для варки яиц циклическим способом воздействия ЭМП СВЧ показал, что при транспортировании яиц поверх микроволновой печи (в зоне действия излучателя) энергозатраты достаточно ьысокие и составляют более 16 Вт ч/шт При этом транспортирование яиц в гнездах радиопрозрачных кассет по рабочей площадке не исключает нарушение целостности скорлупы Существующие роликовые транспортеры, позволяющие без потерь перемещать яйца, не вращают их вокруг продольной или поперечной оси

2 Разработаны теоретические положения, характеризующие транспортирующий механизм, позволяющий вращать яйца вокруг продольной или поперечной оси в процессе перемещения внутри рабочей камеры и циклического воздействия ЭМП СВЧ Равномерное воздействие электромагнитного поля сверхвысокой частоты на яйца достигается за счет транспортирования их внутри объемного резонатора с вращением вокруг продольной или поперечной оси с помощью роликового транспортера, причем размеры роликов и межосевое расстояние должны быть согласованны с размерами яйца

Кинематический анализ движения яиц при транспортировании с помощью роликовой каретки позволил теоретически и экспериментально согласовать расстояния между роликами и их осями с размерами яйца, скорости вращения яиц и роликов Оптимальные размеры элементов каретки следующие радиус роликов 10 мм, межосевое расстояние 35 мм, межроликовое расстояние 10 мм

3 Эффективные режимы варки яиц в механизированных диэлектрических установках

- каретного типа периодического действия при производительности 70 100 шт/ч соответствуют скорости транспортирования яиц 0,05 м/с, времени варки 2,7 мин, скважности процесса воздействия ЭМПСВЧ 0,48, энергозатраты при этом равны 12 Вт ч/шт,

- ярусного типа при производительности 160 шт/ч соответствуют времени варки 5 мин, скважности процесса 0,42, а энергозатраты - 5, 5 Вт ч/шт Глубина проникновения электромагнитного поля сверхвысокой частоты 12,24 см

4 В результате производственных испытаний механизированных диэлектрических установок ярусного и каретного типов установлено, что скорость нагрева яиц не должна превышать 1,11 °С/с, а время нагрева не должно превышать время паузы

Вероятность «взрыва» яиц снижается с уменьшением времени циклического нагрева, при сохранении скважности процесса воздействия ЭМПСВЧ близкой к 0,5 Для уменьшения времени нагрева можно увеличить скорость передвижения роликового транспортера в объемном резонаторе до 0,1 м/с, выше которой яйца перекатываются по роликам, не вращаясь вокруг своей оси

Технико-экономическая оценка внедрения диэлектрических установок для варки яиц показывает, что экономия за счет снижения эксплуатационных затрат составляет 0,89 0,95 руб/шт

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1 Буш, Н К Ярусная микроволновая яйцеварка / Буш Н К , Новикова Г В , Павлов А Г // Межрег науч -практ конф «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйств», Йошкар-Ола ГОУ ВПО «Марийский ГУ», 2006 -С 335

2 Буш, Н К Микроволновая яйцеварка периодического действия / Новикова Г В , Буш Н К // III науч- практ конф молодых ученых, аспирантов и студентов «Роль молодых ученых в реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК»,Чебоксары ФГОУ ВПО ЧГСХА, 2007 - С 124-125

3 Буш, Н К Шахтная микроволновая яйцеварка / Новикова Г В , Буш Н К, Павлов А Г // III науч - практ конф молодых ученых, аспирантов и студентов «Роль молодых ученых в реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК», -Чебоксары ФГОУ ВПО ЧГСХА, 2007 - С 137-138

4 Буш, Н К Ярусная микроволновая яйцеварка / Буш Н К , Новикова Г В , Егоров ДА// Мат студ науч конф факультетов на тему «Роль молодых ученых в решении приоритетного национального проекта «Развитие АПК» - Чебоксары ФГОУ ВПО ЧГСХА, 2007 -С 211

5 Буш, Н К Шахтная микроволновая яйцеварка / Буш Н К Новикова Г В , Павлов А Г // Мат студ науч конф факультетов на тему «Роль молодых ученых в решении приоритетного национального проекта «Развитие АПК» - Чебоксары ФГОУ ВПО ЧГСХА, 2007 -С 218

6 Буш, Н К Сравнительный анализ разработанных механизированных микроволновых яйцеварок / Буш Н К , Гуськов Ю В , Кириллов Н К , Новикова Г В // Мат респуб науч - практ конф «Роль в реализации приоритетного националь-

г

ного проекта «Развитие АПК» -Чебоксары ФГОУ ВПО ЧГСХА, 2007 -С 123124

7. Буш, Н К Описание механизированной микроволновой яйцеварки с роликовой кареткой / Буш Н К , Кириллов Н К , Новикова Г В // Мат респуб науч -практ конф «Роль в реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК» - Чебоксары- ФГОУ ВПО ЧГСХА, 2007 -С 125-126

8 Буш, Н К Результаты экспериментальных исследований процесса варки яиц в механизированной микроволновой яйцеварке с роликовой кареткой / Буш Н К , Гуськов Ю В , Кириллов Н К , Новикова Г В // Мат респуб науч -практ конф «Роль в реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК» -Чебоксары ФГОУ ВПО ЧГСХА, 2007 -С 127-128

9 Буш, Н К , Бытовая яйцеварка / Кириллов Н К , Новикова Г.В., Буш Н К, Гуськов Ю В , Чернова ОН// Информационный листок №82-023-07 - Чувашский ЦНТИ - Чебоксары, 2007

10 Буш, Н К Механизированная микроволновая яйцеварка с цепным транспортером / Буш Н К, Кириллов Н К , Новикова Г В , Гуськов Ю В , Чернова ОН// Информационный листок №82-024-07 - Чувашский ЦНТИ - Чебоксары, 2007

11 Буш, Н К Механизированная микроволновая яйцеварка с ячеистым ротором / Буш Н К , Кириллов Н К , Новикова Г В , Гуськов Ю В , Чернова О Н // Информационный листок №82-025-07 - Чувашский ЦНТИ - Чебоксары, 2007

12 Буш, НК Механизированная микроволновая яйцеварка ярусного типа / Буш Н К // Информационный листок №82-022-07 - Чувашский ЦНТИ - Чебоксары, 2007

13. Буш, Н К Микроволновая яйцеварка шахтного типа / Буш Н К , Кириллов Н К , Новикова Г В, Гуськов Ю В , Чернова ОН// Информационный листок №82-026-07 - Чувашский ЦНТИ - Чебоксары, 2007

14 Буш, Н К Механизированная микроволновая яйцеварка /, Кириллов Н К , Новикова Г В , Егоров Г И , Гуськов Ю В , Буш Н К // «Тракторы и с -х машины» - 2007 - № 5 - С 14-16

15 Буш, Н К Ярусная микроволновая яйцеварка / Новикова Г В, Егоров Г И, Буш Н К // «Механизация и электрификация с -х » - 2007 - № 9 - С 30-31

Подписано в печать 11 01 08 Формат 60x84/16 Объем 1 п л Тираж 100 экз Заказ № 2 Отпечатано с оригинал-макета Полиграфический отдел ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА» 428003, г Чебоксары, ул К Маркса, 29 Лицензия ПЛД №27-36

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Анализ существующих способов и технических средств для варки пищевых продуктов

1.2. Характеристики яиц

1.2.1. Яйцо как объект переработки

1.2.2. Диэлектрические характеристики пищевых продуктов

1.2.3. Физико-механические свойства яйца

1.3. Выводы, цель и задачи

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ДЛЯ ВАРКИ ЯИЦ

2.1. Основы диэлектрического нагрева

2.1.1. Общие сведения

2.1.2. Динамика процесса диэлектрического нагрева яйца

2.2. Теоретическое обоснование режимных параметров механизированной диэлектрической установки для варки яиц

2.2.1. Обоснование кинематических и конструктивных параметров цепного транспортера

2.2.2. Согласование условия вращения яйца и роликов

2.2.3. Обоснование скорости вращения яиц и роликов

2.2.4. Согласование расстояний между роликами и осями роликов с размером яйца

2.2.5. Обоснование экспозиции воздействия ЭМП СВЧ на яйца

2.3. Выводы по главе

3. МЕТОДИКА И СРЕДСТВА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Методика проектирования установок с использованием СВЧ генераторов

3.2. Описание разработанных механизированных диэлектрических установок для варки яиц

3.2.1. Механизированная диэлектрическая установка ярусного типа

3.2.2. Механизированная диэлектрическая установка каретного типа периодического действия

3.3. Выводы по главе

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Графики диэлектрического нагрева пищевых продуктов

4.2. Расчет режимных параметров разработанных механизированных диэлектрических установок

4.3. Обоснование эффективной производительности механизированной диэлектрической установки и времени варки яиц

4.4. Выводы по главе

5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

5.1. Технико-экономическая оценка внедрения механизированных диэлектрических установок для варки яиц

5.1.1. Технико-экономическая оценка внедрения механизированной диэлектрической установки ярусного типа

5.1.2. Технико-экономическая оценка внедрения механизированной диэлектрической установки каретного типа периодического действия

5.2. Меры безопасности при эксплуатации диэлектрических установок

В развитии птицеводстве важным резервом интенсификации технологических процессов переработки яиц является использования передовых технологий и рациональных технических решений. Они позволяют получить экологически чистую продукцию при минимальных затратах энергии.

Программа развития птицеводства в РФ до 2010 года предусматривает повышение валового производства яиц во всех категориях хозяйств. Его планируется довести до 47 млрд. шт. к 2010 г, т.е. до 290 яиц и более в расчете на одного человека в год. Для достижения таких показателей потребуется техническое перевооружение птицеводческих хозяйств, в том числе разработка новых технологий и создание технических средств для варки яиц.

Известно, что микроволновые печи экономят время и энергию. Однако в настоящее время в микроволновых печах яйца без воды не варят, так как нагрев в ЭМП СВЧ - эндогенный, поэтому градиенты давления, температуры, влажности направлены от центра к периферии; возрастание давления с увеличением температуры в компонентах яйца приводит к взрыву.

Известные способы варки яиц на пару и в воде, отличаются энергоемкостью. Кроме того, вода, проникая сквозь поры скорлупы, делает яичный белок более жестким.

Если до нагревания в яйцах проколоть скорлупу с помощью иглы-пробойника, то белок будет вытекать, поэтому качество варёных яиц ухудшается, резко сокращается срок хранения.

Для ускорения процесса варки яиц без использования воды, с учетом специфических особенностей процесса их варки, нами разработаны механизированные установки ярусного и каретного типов. В них предусмотрено циклическое воздействие электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ), на яйца.

Сущность циклического способа воздействия ЭМП СВЧ заключается в следующем:

1. При воздействии ЭМП СВЧ желток нагревается за счет токов поляризации в несколько раз быстрее, чем белок, поэтому для выравнивания давления и температуры за счет теплопроводности от желтка к белку, по всему объему яйца, следует предусмотреть в технологии варки яиц многократное чередование процесса нагрева с паузой.

2. В связи с тем, что размеры яйца соизмеримы с глубиной проникновения ЭМП СВЧ, для достижения равномерности воздействия электромагнитных излучений необходимо транспортировать яйца в рабочей камере печи с вращением их вокруг своей оси.

3. Транспортировать яйца через микроволновую печь с одновременным вращением их вокруг своей оси необходимо со скоростью меньше критической, зависящей от прочности скорлупы яйца.

Разработанная технология циклического воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты на яйца и созданные механизированные диэлектрические установки, ускоряющие процесс варки яиц без воды, актуальна и имеет важное практическое значение.

Целью настоящей работы является обоснование и разработка механизированных диэлектрических установок для варки яиц при минимальных затратах энергии.

В связи с поставленной целью решались следующие научные задачи:

- изучить диэлектрические и теплофизические свойства пищевых продуктов; проанализировать существующие транспортирующие яиц механизмы, способы и технические средства для варки яиц без воды с использованием сверхвысокочастотной энергии;

- теоретически обосновать режимы и конструктивные параметры механизированных диэлектрических установок для варки яиц;

- разработать, изготовить и испытать механизированные диэлектрические установки для варки яиц; провести экспериментальные исследования процесса варки яиц при разных значениях удельной мощности СВЧ генератора и скважности процесса воздействия; скорректировать режимные параметры диэлектрических установок;

- провести технико-экономическое обоснование реализации разработанных механизированных диэлектрических установок для варки яиц.

Концепция. На основе:

- анализа диэлектрических и теплофизических свойств пищевых продуктов;

- обоснования экспозиции воздействия ЭМП СВЧ на яйца через согласование частоты вращения яйца и роликов со скоростью движения каретки;

- определения допустимой скорости нагрева продуктов;

- исследования зависимости времени варки яиц от удельной мощности СВЧ генератора и скважности воздействия;

- изучения методики проектирования объемных резонаторов, предназначенных для нагрева диэлектриков на сверхвысоких частотах, согласовываются конструктивно-технологические параметры; разрабатываются механизированные диэлектрические установки для варки яиц.

Объектом исследований является система факторов, обеспечивающих качественную'варку яиц без воды в механизированных диэлектрических установках при минимальных затратах СВЧ энергии и отрицательных воздействиях на окружающую среду.

Предметом исследований являются закономерности взаимодействия яиц с рабочими органами диэлектрических установок для их варки.

Методология исследований. На основе диэлектрических и теплофизических характеристик компонентов яйца, теории нагрева материала в электромагнитном поле, системного, подхода к комплексу теоретических и экспериментальных результатов, полученных при помощи математических, физических, биометрических, статистических методов, разрабатываются механизированные диэлектрические установки для варки яиц, состоящие из микроволновых печей и функциональных модулей с механизмами транспортирования яиц.

Научная новизна:

- теоретические и экспериментальные исследования, подтверждающие возможность варки яиц в механизированных диэлектрических установках в процессе их транспортирования с вращением вокруг продольной или поперечной оси с помощью роликовой каретки;

- теоретические и экспериментальные исследования по согласованию удельной мощности СВЧ генератора, напряженности электрического поля, времени варки яиц со скоростью передвижения роликовой каретки; выявленная эффективная скорость движения роликовой каретки, при которой яйца вращаются вокруг продольной или поперечной оси при механизированной их транспортировке в диэлектрической установке;

- результаты исследования скорости диэлектрического нагрева яиц при разных значениях удельной мощности СВЧ генератора и скважности процесса воздействия; обоснованные режимы и конструктивные параметры разработанных и созданных механизированных диэлектрических установок ярусного и каретного типов;

Практическую ценность работы составляют:

- обоснованная методика проектирования функциональных модулей с механизмами транспортирования вращающихся объектов (яиц) в рабочей камере СВЧ печей;

- созданные механизированные диэлектрические установки (ярусного типа, производительностью до. 160 шт./ч; каретного типа, производительностью 100 шт./ч).

Реализация результатов исследований. Разработка механизированных диэлектрических установок для варки яиц проводилась в соответствии с планом НИР ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА». Производственные испытания механизированных диэлектрических установок проводились в ГУЛ ЧР

Птицефабрика «Моргаушская». Результаты научных исследований используются в учебных процессах ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА» и ФГОУ ВПО «Марийский ГУ».

Апробация результатов исследования. Материалы диссертации доложены и обсуждены на III Межрегиональной научно-практической конференции молодых учёных, аспирантов и студентов «Роль молодых учёных в реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК», ФГОУ ВПО ЧГСХА, Чебоксары, 22 марта 2007 г.»; на аграрной научно - практической конференции «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства», ФГОУ ВПО «Марийский государственный университет», Иошкар - Ола, 2007 г.; на II Международной научной конференции «Знания молодых новому веку», ФГОУ ВПО «Вятская ГСХА», Киров, 2007 г.; на Республиканской научно-практической конференции «Роль молодых ученых в реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК», ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА», Чебоксары, 23 ноября 2007 г.

Механизированная диэлектрическая установка ярусного типа демонстрировалась с 23 по 26 июня 2006 года на VIII Всероссийской универсальной выставке - ярмарке «Регионы - сотрудничество без границ» (г. Чебоксары, МТВ-Центр); на III Межрегиональной научно-практической конференции молодых учёных, аспирантов и студентов «Роль молодых учёных в реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК» (ФГОУ ВПО ЧГСХА, Чебоксары, 22 марта 2007 г.)»; на XIV Всероссийской.универсальной выставке - Ярмарке «Регионы - сотрудничество без границ («ЭКСПО КОНТУР», Чебоксары, 22.25 июня 2007 г.); на Республиканской научно-практической конференции «Роль молодых ученых в реализации приоритетного национально проекта «Развитие АПК» (ФГОУ ВПО ЧГСХА, 22.23 ноября 2007 г.).

Публикации. Результаты,теоретических и экспериментальных исследований отражены в 14 печатных работах, в том числе 2 работы опубликованы в ведущем рецензируемом научном журнале, рекомендованном ВАК Федерального агентства по образованию РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, приложения, списка литературы из 103 наименований, в том числе 10 на иностранном языке. Общий объем диссертации составляет 142 страницы, в том числе на 137 страницах изложен основной текст с 58 рисунками и 24 таблицами.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ вариантов исполнения механизированных диэлектрических установок для варки яиц циклическим способом воздействия ЭМП СВЧ показал, что при транспортировании яиц поверх микроволновой печи (в зоне действия излучателя) удельные энергозатраты достаточно высокие и составляют более 16 Вт-ч/шт. При этом транспортирование яиц в гнездах радиопрозрачных кассет по рабочей площадке не исключает нарушение целостности скорлупы. Существующие роликовые транспортеры, позволяющие без потерь перемещать яйца, не вращают их вокруг продольной или поперечной оси.

2. Разработаны теоретические положения, характеризующие транспортирующий механизм, позволяющий вращать яйца вокруг продольной или поперечной оси в процессе перемещения внутри рабочей камеры и циклического воздействия ЭМП СВЧ. Равномерное воздействие электромагнитного поля сверхвысокой частоты на яйца достигается за счет транспортирования их внутри объемного резонатора с вращением вокруг продольной или поперечной оси с помощью роликового транспортера, причем размеры роликов и межосевое расстояние должны быть согласованны с размерами яйца.

Кинематический анализ движения яиц при транспортировании с помощью роликовой каретки позволил теоретически и экспериментально согласовать расстояния между роликами и их осями с размерами яйца; скорости вращения яиц и роликов. Оптимальные размеры элементов каретки следующие: радиус роликов 10 мм, межосевое расстояние 35 мм, межроликовое расстояние 10 мм.

3. Эффективные режимы варки яиц в механизированных диэлектрических установках:

- каретного типа периодического действия при производительности 70. 100 шт/ч соответствуют скорости транспортирования яиц 0,05 м/с, времени варки 2,7 мин, скважности процесса воздействия ЭМПСВЧ 0,48; энергозатраты при этом равны 12 Вт-ч/шт; ярусного типа при производительности 160 шт/ч соответствуют времени варки 5 мин, скважности процесса 0,42, а удельные энергозатраты - 5, 5 Вт*ч/шт. Глубина проникновения электромагнитного поля сверхвысокой частоты 12,24 см.

4. В результате производственных испытаний механизированных диэлектрических установок ярусного и каретного типов установлено, что скорость нагрева яиц не должна превышать 1,11 °С/с, а время нагрева не должно превышать время паузы.

Вероятность «взрыва» яиц снижается с уменьшением времени циклического нагрева при сохранении скважности процесса воздействия ЭМП СВЧ близкой к 0,5, для чего можно увеличить скорость передвижения роликового транспортера в объемном резонаторе до 0,1 м/с, выше которой яйца перекатываются по роликам, не вращаясь вокруг своей оси.

Технико-экономическая оценка внедрения диэлектрических установок для варки яиц показывает, что экономия за счет снижения эксплуатационных затрат составляет 0,89.0,95 руб/шт.

1. Агофонычее В.П. и др. Задачи ВНИИПП по решению проблем переработок яиц. //Птица и птицепродукты, 2007, №4, с.53

2. Автоматизация технологических процессов пищевых производств / Под. ред. Е.Б. Карпина. — М.: Пищевая промышленность, 1977. 300 с.

3. Агропромышленный сборник Чувашии, 2007: Стат.сборник / Чувашстат Чебоксары, 2007 - 138 с.

4. Азаров Б.М. Технологическое оборудование пищевых производств. — М.: Агропромиздат, 1988. 463 с.л

5. Бородин И.Ф., Новикова Г.В. Интенсификация ЭМПВЧ технологических процессов в животноводстве //Техника в сельском хозяйстве. 1995. №6.

6. Баранов Э.Ф., Гелъвановский М.И. и др. Российский статический ежегодник. 2005: -М.:, Росстат. 2006. 819 с.

7. Басов А:М. и др. Электротехнология. М.: Агропромиздат, 1985.- 258 с.

8. Бессарабов Б.Ф. Практикум по инкубации яиц и эмбриологии сельскохозяйственной птицы.—М.: Агропромиздат, 1992. 144 с.

9. Бессарабов Б.Ф., Бондарев Э.И., Столяр Т.А. Птицеводство и технология производства яиц и мяса птиц. М.: Издательство «Лань», 2005. -352с.

10. Бецкий О.В. и др. Миллиметровые волны низкой интенсивности в медицине и биологии // Биомедицинская радиоэлектроника. 1998. № 4. с. 13.

11. Бобров В.П. Проектирование загрузочно — транспортных устройств к станкам и автоматическим линиям. М., «Машиностроение», 1964,291 с.

12. Болтенков И.М. Оборудование для промышленной переработки яиц. -М.: ЦНИИИТЭИ, 1972. 128 с.

13. Бронштейн Э.А., Бурляй Ю.В, Сас Ш.П. «Механизация работ в хлебохранилищах и экспедициях хлебозаводов», 1973г.

14. Буртов Ю.З., Голдин Ю.С., Кривопишин И.П. Инкубация яиц: Справочник. — М.: Агропромиздат, 1990. 239 с.

15. Бухголъц H.H. Основной курс теоретической механики. — М.: Наука, 1972, 332 с.

16. Буш Н.К. Механизированная микроволновая яйцеварка ярусного типа. Информационный листок №82-022-07 Чувашский ЦНТИ. -Чебоксары, 2007

17. Буш Н.К., Новикова Г.В., Егоров Г.И. Ярусная микроволновая яйцеварка. //Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2007, № 9, С. 30-31

18. Буш Н.К., Новикова Г.В., Кириллов Н.К. Механизированная микроволновая яйцеварка. //Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2007,№5, С 14. 16

19. Воробьев Б.А., Дегтерев. Машины и оборудование птицефабрик и птицеферм, 1984. 248 с.

20. Выгодский М.Я: Справочник по элементарной* математике. -М.: 1954.-775 с.

21. Гайдук В.Н., Шмигелъ В.Н. Практикум по электротехнологии. -М.: Агропромиздат, 1989. 175 с.

22. Гинзбург A.C. Расчет и проектирование сушильных установок пищевой промышленности. -М.: Агропромиздат, 1985. 336 с.

23. Гинзбург A.C. Сушка пищевых продуктов. М.: Пищепромиздат, 1990.-300 с.

24. Горбачева Н. Породы кур и их содержание в приусадебном участке М.: Искусство мода, 1993. - 143с.

25. Гуськов Ю.В., Белов A.A. Варка яиц в микроволновой печи. Материалы студенческой научно-практической конференции, посвященной 75-летию Чувашской государственной сельскохозяйственной академии. Чебоксары: ЧГСХА, 2006. - С. 172

26. Гуськов Ю:В., Новикова Г.В. Способы и технические средства для варки яиц. Межвузовский сборник научных трудов «Энергосберегающие системы, технологии и оборудование». ГОУ ВПО «Мордовский ГУ им. Н.П. Огарева». Саранск, 2006. - С.210.212.

27. Гуськов Ю.В., Новикова Г.В. Установка для варки пищевых яиц. Межвузовский сборник научных трудов «Энергосберегающие системы, технологии и оборудование». ГОУ ВПО «Мордовский ГУ им. Н.П. Огарева». Саранск, 2006. - С.213.214.

28. Гуськов Ю.В., Новикова Г.В. Конвейерная микроволновая яйцеварка. Материалы всероссийской научно-практической конференции, посвященной 75-летию со- дня открытия Чувашской государственной сельскохозяйственной академии. -Чебоксары: ЧГСХА, 2006. С.405.

29. Гуськов Ю.В., Кириллов Н.К., Новикова Г.В., Егоров Г.И. Конвейерная микроволновая яйцеварка. //«Механизация и электрификация с.-х.». 2007. - №2. - С.27.28.

30. Данской A.B. Высокчастотная электротермия. Справочник. М.: Машиностроение, 1965 - 564 с.

31. Живописцев E.H., Косицын O.A. Электротехнология и электрическое освещение. М.: Агропромиздат, 1990. — 303 с.

32. Зуев Ф.Г., Лотков H.A. Подъемно-транспортные установки. М.: Колос, 2006. - 471 с.

33. Зимняков В.М. Практикум по расчету и конструированию машин и аппаратов перерабатывающих производств. Пенза: Пензенская ГСХА, 2001.- 187 с.

34. Ивашов В.И. Технологическое оборудование мясной промышленности. М.: Колос, 2001. - 552 с.

35. Изаков Ф.Я. и др. Механизация и электрификация птицеводства. -М.: Колос, 1982.-398 с.

36. Искин В.Д. Биологические эффекты миллиметровых волн и корреляционный метод их обнаружения. Харьков: Основа, 1990. - 302 с.

37. Использование СВЧ- излучения в технологии пищевых продуктов// Журнал пищевая промышленность, 1988г. №4

38. Кавецкий Г.Д. и др. Процессы и аппараты пищевой технологии. -М.: Колос, 1997.-551 с.

39. Кавецкий И.Ф. Оборудование предприятия общественного питания. М.: Колос, 2004.-304с.

40. КиваА.А., Сухоцив Ю.Н., Лукьянов В.М. Машины и оборудование для птицеводства. М.: Колос, 1987. — 56 с.

41. Кириллов Н.К., Новикова Г.В., Гуськов Ю.В., Буш Н.К., Чернова О.Н. Механизированная микроволновая яйцеварка с цепным транспортером. Информационный листок №82-024-07 Чувашский ЦНТИ. - Чебоксары, 2007

42. Кириллов Н.К, Новикова Г.В., Гуськов Ю.В., Буш Н.К, Чернова О.Н. Механизированная микроволновая яйцеварка с ячеистым ротором. Информационный листок №82-025-07 Чувашский ЦНТИ. - Чебоксары, 2007

43. Кириллов Н.К, Новикова Г.В., Гуськов Ю.В., Буш Н.К, Чернова О.Н. Микроволновая яйцеварка шахтного типа. Информационный листок №82-026-07 Чувашский ЦНТИ. - Чебоксары, 2007

44. Княжевская Г.С., Фирсова М.Г. Высокочастотный нагрев диэлектрических материалов. — Л.: Машиностроение, 1980. — 73 с.

45. Конвейеры: Справочник / под ред. Ю.А. Пертена Л:

46. Машиностроение, 1984 г 364 с.

47. Кочиш И.И., Петраш М.Г., Смирнов С.Б. Птицеводство. М.: Колос, 2003.- 407с.

48. Кричевский Е.С. Теория и практика 'экспрессного контроля влажности твердых и жидких материалов. М.: Энергия, 1980. - 240 с.

49. Кругляков Г.Н., Круглякова Г.В. Товароведение мясных и яичных товаров. Товароведение молочных товаров и пищевых концентратов.- М.: Издательско — торговая корпорация «Дашков и К», 2005. 488 с.

50. Кудрявцев И.Ф., Карасенко В.А. Электрический нагрев и электротехнология. -М.: Колос, 1975. 368 с.

51. Левитский H.H. Теория механизмов и машин: Учебное пособие для вузов М.: Наука, 1990 - 592 с.

52. Лыков A.B. Теория сушки. М.: Энергия, 1968. - 468 с.

53. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. —4.1. М.: ВИЭСХ, 1998. -220 с.

54. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. 4.2. - Нормативно -справочный материал. - М.: РИЦ ГОСНИТИ, 1998. - 240 с.

55. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов. Утверждено Министерством экономики РФ, Министерством финансов РФ, Государственным1 комитетом РФ по строительной, архитектурной и жилищной политике 21.06.1999, №ВК477.

56. Михайлова О.В. Обоснование и разработка технических средств с источниками электромагнитных излучений для технологических процессов птицеводства. Автореферат диссертации доктора тех. наук. -Чебоксары: ЧГСХА, 2004. 36 с.

57. Михайлова О.В., Новикова О.В., Кириллов Н.К. Электрооборудование в птицеводстве. Чебоксары: ЧГСХА, 2003. - 257 с.

58. Никитин Е.М. Теоретическая механика. М.: Наука, 1977. 416 с.

59. Нетушил A.B. Высокочастотный нагрев диэлектриков и полупроводников. М. Л.: Госэнергоиздат, 1959. - 480 с.

60. Новикова Г.В., Егоров Д.А., Буш Н.К. Ярусная микроволновая яйцеварка. Материалы студенческих научных конференций факультетов на тему «Роль молодых ученых в решении приоритетного национального проекта «Развитие АПК». Чебоксары: ЧГСХА, 2007. с. 211.

61. Новикова Г.В., Буш Н.К, Павлов А.Г. Шахтная микроволновая-яйцеварка. Материалы студенческих научных конференций факультетов на тему «Роль молодых ученых в решении приоритетного национального проекта «Развитие АПК». Чебоксары: ЧГСХА, 2007. с. 218.

62. Новикова Г.В., Кириллов Н.К, Зайцев П.В. Электро-, светотехника в животноводстве. Чебоксары: ЧГСХА, 1999. - 400 с.

63. Новикова Г.В. Диэлектрические установки интенсификации технологических процессов в животноводстве. Монография. Красноярск: КГАУ, 1993.-260 с.

64. Птицеводство России. Петраш М.Г., Кочиш И.И., Егоров H.A. и др. М.: Колос, 2004. -297 с.

65. Романов А.Л., Романова АН Птичье яйцо. М.: Пищепромиздат, 1969.- 112 с.

66. Рубцов П.А. Применение электрической энергии в сельском хозяйстве. -М.: Колос, 1971. 526 с.

67. Сергеева A.M. Контроль качества яиц. М.: Россельхозиздат, 1984.64 с.

68. Славин P.M. Автоматизация процессов в животноводстве и птицеводстве. М.: Колос, 1976. - 232 с.

69. Соколов В.И. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств. М.: Колос, 1992. - 399 с.

70. Справочник по инкубации яиц сельскохозяйственной птицы / Под ред. Ю.Н. Владимировой. М.: Колос, 1971. - 224 с.

71. Тареев Б М. Физика диэлектрических материалов. М.: Энерго-издат, 1981. - 319 с.

72. Тарушкин В.И. Диэлектрические сепарирующие установки. Автореф. дис. докт. техн.наук. -М.: МГАУ, 1991. 36 с.

73. Харьков A.B. Интенсификация процессов СВЧ-обработки сельскохозяйственных материалов. Автореф. дис. канд. техн. наук. М.: МГАУ, 1995.-22 с.

74. Цапкко И.Т. Еще раз о пользе куриного яйца. //Птицы и птицепродукты, 2007, №3, с. 58.

75. Эйриян С., Логиновских 3., Дмитириев В. Внедряем все прогрессивное //Птицеводство. 1999. № 2. С. 8-11.

76. Электронагревательные установки в сельскохозяйственном производстве / Под ред. В.Н. Расстригина.- М.: Агропромиздат, 1985. -304 с.

77. Электрооборудование животноводческих предприятий' и автоматизация производственных процессов в животноводстве / Под ред. И.Ф. Кудрявцева. М.: Колос, 1979. - 367 с.

78. Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов / Под. ред. И.А. Рогова. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. -288 с.

79. Ясногородский В.Г. Справочник по физиотерапии. М.: Медицина, 1992. - 512 с.

80. Cho H. К и др. Detection of surface cracks in shell eggs by acoustic impulse method/Cho H. -K, Choi W. - К., Paek J.-H.// Trans. ASAE. - St. Joseph (Mich.),2000.-Vol. 43,N 6.-P.1921 - 1926.

81. Определение ценности скорлупы яиц с помощью акустического импульсного метода. (Южная Корея).

82. Нормы, регулирующие классификацию яиц, а также стандарты, классы и весовые категории на яйца в США.

83. Rady А.Н., Badr H.M.Keeping the quality of cows'butter by gamma -irradation // Grasas Aceites. 2003. - Vol.54, fasc.4 - P.410 - 418

84. Ouid Eleya M.M., Gunasekaran S.Gelling properities of egg white a conventional and a low shear reverse osmosis proctss // J. Food Sc. - 2002. -Vol. 67, N 2. - P. 725 - 729

85. Желирующие свойства яичного белка, полученного с помощью процесса обычного и обратного осмоса.

86. Egg uses and processing technologies: New developments/ CAB Commonwealth agr. bureax intern.; Ed. By J.S. Sim, S. Nacai. Wallngord, 1994. - XII, 436 с.ил

87. Использование и технологии по переработке яиц с. х. птицы в пищевой промышленности; новые разработки. (Великобритания).

88. Hydrocarbons detected in irradiated and heat treated eggs /Hwang K.T., Yoo J.H., Kim C.K. и др. //Food Res. intern. - 2001. -Vol.34,N 4. -P.321 - 328

89. Влияние облучения перед различной тепловой обработкой на содержание углеводородов в скорлупе и желтке яиц. (Южная Корея).

90. Photochanai S. и др. Heating of an ovalbumin solution at neatral pH and high temperature /Photchanachai S., Menta A., Kitabatace n.

91. Blocs.Biotechnol. Biochem.- 2002. Vol.66, N 8 - P. 1635 - 1640

92. Влияние высокой температуры на денатурацию, агрегацию и распад яичного альбумина в растворах дистилированной воды. (Япония).

93. Galik R., Hornacova Е. Analyza v ztahov medzi silou potrebnou na destruciu skrupiny, vecom nosnic a niektoymi fyzikalnymi characteristikami slepacieno vajca //Acta technol. Agr. 2004. - R. 7, c.2.- S.34-38

94. Применение математически — статистических методов и специальных приборов для измерения силы, необходимой для разбивания скорлупы яиц кур — несушек в зависимости от толщины скорлупы и возраста кур. (Словакия).

95. Vyvoj zariadena na meranie pervonsti skrupiny vajec/Galic R., Karas I., Svencova J., Zitna M. //Acta technol.agr. 2004. -R. 7, с. I. - S.l 1 - 14

96. Разработка устройства для измерения твердости яичной скорлупы с предачей данных в компьютер. ( Словакия).

97. Edible film conting to minimize breakage and reduce post wash bacterial contamination measured by dye peneration in eggs/ Xie I., Yettarachchy N.S., Ju Z.Y. и др. /J.Food Sc. - 2002. - Vol.67. N 1. - P. 280 -284.

98. Simeonova J., Buchar J.On the identification of the eggshell elastic properties under quasistatic compression //Acta Univ. Agr.Silvicult. Mendeliane Brunensis. 2004 - R., 52 c.5 - S. 73 - 81.

99. Pevnost scrupiny zistovana prenosnym meracim zariadenim /Galic R., Horniacova E., Galic R. и др. //Agriculture/ 2004/ - Vol/50,N 1/3. - P.40 -46.

100. Исследование прочности скорлупы яиц гибрида ISA Brown в возрасте от 29 до 69 недель с помощью нового устройства . (Словакия).

101. Technologicka kvalita vajec prepelice masoveho typo /Baumgarther J., Kopecky J. Roncecova Z. Bencova J. //Journal of farm animal science. -Nitra, 2004. T. 37 .- P. 147 - 154.

102. Технологические качества яиц японских двух мясных линий. (Словакия).

103. Dziadek К. и др. Chemical composition of table eggs as influenced by the of the origin of layng hens //Pol.J.Food Nutrit.Sc. 2003. - Vol.12/ 53, N 1.-P.-21-2412.52(1).

104. Анализ химического состава яиц от кур несушек девяти коммерческих линий (Польша).

105. Effect of pulsed electric field (PEF) on Eschericha coli within the licquid whole egg/ Malicki A., Oziemblowski M., Molenda J. и др. //Bull. Veter. Inst. In Pulawy. 2004. - Vol.48, N 4. -P. - 371 - 373.

106. Влияние обработки содержимого куриного яйца пульсирующим электрическим полем инокуляции Eschericha coli на снижение численности бактерий. (Польша).

107. Roberts J. R. Factors Affecting Egg Internal Quality and Egg Shell Quality in laying Hers //J.Poultry Sc. 2004. - Vol.41, N 3.- P. - 161 - 177.

108. Анализ факторов, влияющих на качество куриных яиц и их скорлупы, методы исследования качества яиц. (Австралия).