автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование конструктивных параметров и режимов работы измельчителя яблок

На правах рукописи

Лебедь Никита Игоревич

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ! ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЯ ЯБЛОК

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

10 ОКТ 2013

Волгоград 2013

005534555

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет»

Научный руководитель: Антонов Николай Михайлович,

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Горшеннн Василий Иванович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Мичуринский государственный агротехнологический университет», заведующий кафедрой «Тракторы и сельскохозяйственные машины»

Семин Дмитрий Викторович,

кандидат технических наук, ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет», доценг кафедры «Безопасность жизнедеятельности».

Ведущая организация: ГНУ Нижие-Волжский НИИСХ РАСХН.

Зашита диссертации состоится 21 октября 2013 года в 10 часов 15 минут на заседании диссертационного совета Д220.008.02 при ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет» по адресу: 400002, г. Волгоград, пр-т Университетский, 26, зал заседаний диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан 18 сентября 2013 года и размещен на официальных интернет-сайтах ВАК РФ и ВолГАУ.

Ученый секретарь диссертационного совета

" Ряднов Алексей Иванович

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Наиболее распространенные в сельском хозяйстве и пищевой промышленности режущие аппараты дискового и барабанного типов, реализуемые в измельчителях плодоовощной продукции, имеют ряд существенных недостатков.

Так, у дисковых измельчителей неравномерна нагрузка на вал, они требуют большей мощности приводного двигателя, чем барабанные той же производительности. К недостаткам барабанных следует отнести большие осевые нагрузки на подшипниковые опоры барабана, малую высоту горловины, что также ограничивает их производительность. Общим недостатком является разрушение структуры обрабатываемого продукта, а вследствие этого значительное соковыделение, что отражается на снижении концентрации витаминов и полезных веществ в готовой продукции и повышении энергозатрат. Поэтому решение задачи обоснования и разработки измельчителя плодоовощной продукции с использованием рабочего органа в виде ножевого аппарата с зигзагообразной схемой расположения ножей является актуальной и значимой для агропромышленного комплекса.

Степень разработанности темы. Совершенствованию технологического процесса и технических средств измельчения резанием плодов яблок посвящены работы белорусских ученых С.А. Арнаута, З.В. Ловкиса и др. Однако, разработанный ими измельчитель дискового типа, имеет ряд существенных недостатков, сопровождающих машины подобного типа, а именно ограниченную производительность, повышенные энергозатраты, препятствующих получению продукции высокого качества.

Цель исследования. Обоснование конструктивных параметров и режимов работы измельчителя яблок с зигзагообразным расположением ножей в режущем аппарате.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи исследования:

1. Выполнить патентный поиск и провести конструктивный анализ современных измельчителей плодоовощного сырья.

2. Определить физико-механические свойства плодов яблок, необходимые для обоснования параметров ломтикового измельчителя.

3. Разработать принципиальную схему измельчителя с зигзагообразной ножевой стенкой, теоретически и экспериментально обосновать его режимно-конструктивные параметры.

4. Составить методику расчета энергетических параметров разработанного измельчителя, с учетом следующих показателей: мощности привода; силы трения продукта о ножи; скорости продвижения продукта через ножевую стенку; удельного сопротивления продукта резанию; усилия, направленного на разрезание продукта.

5. Обосновать экономическую целесообразность внедрения измельчителя, на основе анализа результатов производственных испытаний разработать рекомендации к внедрению ломтикового измельчителя яблок.

Научная новизна заключается в усовершенствовании конструкции измельчителя яблок с зигзагообразным расположением ножей в режущем аппарате; обосновании конструктивно-режимных параметров измельчителя с зигзагообразной ножевой стенкой; разработке диаграммы разреза яблока, соответствующего погружению резака в структуру яблока по направлению «воронка-верхняя ямка»; получении экспериментальной зависимости усилия резания при зигзагообразном и рядном расположении ножей от количества ножей, контактирующих с плодом.

Теоретическая и практическая значимость работы. На основании проведенных исследований разработано экспериментальное оборудование для исследования процесса резания (патент №118519 РФ, 127986 РФ), а также ряд измельчителей плодоовощного сырья (патент №2369083 РФ, 102175 РФ, 113636РФ, 129845 РФ), позволяющих повысить эффективность и снизить энергоемкость процесса резания. Обоснованы оптимальные параметры работы ломтикового измельчителя.

Методика исследований. В теоретических и экспериментальных исследованиях использованы методы теоретической механики, физики, при-

кладной математики, математической статистики, теории планирования эксперимента. Обработка результатов экспериментальных исследований, а также графические работы осуществлялись на ПЭВМ при помощи прикладных компьютерных программ Microsoft Excel, MathCAD 14, Power Graph 3.1. Professional, SolidWorks 2011, КОМПАС-30 V13.

Испытания ломтикового измельчителя проводились в лабораторных условиях на основе ОСТ 70.10.8-84 «Испытания сельскохозяйственной техники. Программы и методы испытаний» и ГОСТ 24055-88 «Методы эксплуатационно-технологической оценки».

Положения, выносимые на защиту:

1. У совершенствованный технологический процесс резания плодов яблок на ломтики.

2. Конструкция испытательного стенда для измерения составляющих сил резания плодоовощной продукции.

3. Конструкция ломтикового измельчителя яблок.

4. Аналитические зависимости, определяющие режимно-технологические параметры ломтикового измельчителя.

5. Математическая модель, описывающая процесс резания плодов яблок на ломтики.

6. Результаты теоретических и экспериментальных исследований разработанной конструкции ломтикового измельчителя.

7. Технико-экономическая оценка эффективности использования разработанного ломтикового измельчителя.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных результатов подтверждается достаточным объемом и высокой степенью точности эмпирических данных, использованием известных зависимостей по оценке эффективности технических систем; применением современных методик обработки результатов экспериментов; использованием ГОСТ, общепринятых методик и рекомендаций.

Основные результаты исследований по теме диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО «Волгоградский ГАУ» (2008-2012 г.г.), региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области (2008-2012 г.г.), программе «У.М.Н.И.К» (государственный контракт №8708р/13143, государственный контракт №16804) , «У.М.Н.И.К. на СТАРТ» (государственный контракт Ли 11339р/20530), Ежегодном Областном конкурсе инновационных проектов, конкурсе «Молодой инноватор Волгоградской области - 2012», Всероссийской выставке «Золотая Осень 2010» и др. Основные положения диссертации опубликованы в 14 печатных работах общим объемом 5,82 п. л. (3,38 п.л. приходятся на долю автор), четыре из них в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получен один патент на изобретение и 5 патентов на полезные модели.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы и представлена общая характеристика работы.

В первой главе «Анализ технических средств для измельчения п переработки плодов яблок» на основе материалов, изложенных в работах C.B. Мельникова, Ф.Г. Плохова, В.И. Сыроватка, В.А. Елисеева, В.Р. Алешкина, Б.И. Вагина, П.М. Рощпна, Н.Ф. Игнатьевского, В.И. Горшенина, М.Е. Гаршина, Б.Г. Турбина, М.Н. Шапрова, Семина Д.В., Садовникова М.А., В.Г. Абезина, Н.М. Антонова С.А. Арнаута, З.В. Ловкиса и других ученых, которые занимались изучением вопроса резания плодоовощных материалов и созданием средств механизации для реализации данного технологического процесса, выделены основные способы измельчения продуктов, отмечены современные направления переработки плодоовощного сырья, а также требования к плодам, отправляемых на дальнейшую переработку, отмечены серийно выпускаемые и перспективные измельчители плодоовощного сырья.

На основе проведенного анализа сформулированы цели и задачи исследований.

Во второй главе «Теоретическое исследование процесса резания плодов яблок на ломтики зигзагообразным режущим аппаратом»

представлена технологическая схема ломтикового измельчителя плодо-

овощной продукции с рабочим органом в виде зигзагообразно закрепленных ножей со сдвигом по вертикали относительно друг друга, получены аналитические зависимости основных кинематических, конструкторских и силовых параметров.

Измельчитель (рисунок 1) содержит станину 1, закрепленный на ней корпус 2 с камерой измельчения 3, загрузочную горловину 4 и выгрузное окно 5, а также мотор-редуктор 6 с приводным валом 7, шарнирно соединенным с кривошипом 8, регулировочную гайку 9, шатун 10, ножи 11 в ножевой стенке 12, совершающей возвратно-поступательные движения навстречу противорежущему подпору 13.

5-выгрузис»гокно,6-могорредуктор,7-приводной|зал,8-кривошип, 9-регулировочная гайка, 10-шатун, 11 —ножи, 12—ножєвая сгенкі, і 3—і грогиворежущий подпер

Рисунок 1 — Измельчитель плодоовощной продукции, зигзагообразная ножевая стенка Измельчитель работает следующим образом. Обрабатываемый материал через загрузочную горловину 4 поступают в камеру измельчения 3. Посредством передачи крутящего момента приводным валом 7 от мотора-редуктора 6 на кривошип 8, через шатун 10 ножевая стенка 12 перемещается внутри корпуса 2 навстречу противорежущему подпору 13. Плодоовощной материал проникает сквозь ножевую стенку, измельчаясь на лом-

тики необходимой толщины, удаляется через выгрузное окно 5. При этом выступы противорежущего подпора 13 входят во впадины ножевой стенки 12, что приводит к полному измельчению всего материала, находящегося в камере измельчения 3 и повышению производительности.

С целью снижения энергоемкости этой технологической операции был разработан режущий аппарат, выполненный в форме треугольника с горизонтально и зигзагообразно закрепленными ножами со сдвигом по вертикали относительно друг друга (рис. 1 г), что позволило исключить разрушение структуры обрабатываемого плода, приводящее к повышенному со-ковыделению рабочего процесса.

При использовании резания со скольжением наблюдается эффект кинематической трансформации остроты лезвия kg (1) и кинематической трансформации угла резания (2):

, _ Д-Дд _ ¿(1-COST)

— ~ s ' (1)

где S — острота лезвия, мкм., т - угол скольжения, градус, — острота трансформированной кромки лезвия, мкм = 8 cost)

т, _ P-Pi _ p-arctg (tg p cost) .

где ¡3 — угол заточки, градус, - трансформированный угол заточки, градус ( Pi = arctg (tgfi cos т).

При статическом резании можно рассматривать две зоны взаимодействия материала и лезвия: зону сжатия (зону деформации) слоя материала (зона А) и зону резания (разделения) материала, (зона Б) (рис. 2 а). При этом деформация сжатия распространяется на некоторую толщину материала.

При динамическом резании (рис. 2 б) добавляется зона практически недеформируемого материала (зону малой деформации, зона В).

Следует отметить, что у плодов яблок высшего и первого товарного сорта для промышленной переработки, не подверженных увяданию, сжатие до начала резания практически отсутствует, то есть процесс механической деструкции происходит без фазы предварительной деформации материала, что характерно для процесса «динамического» резания.

о о

] — нож, 2 -- материал Рисунок 2 - Схема взаимодействия лезвия ножа с материалом: а — статическое резание, б — динамическое резание

Наиболее важными параметрами силового взаимодействия зигзагообразной ножевой стенки и плода яблока являются усилие резания (Ррез) и разрушающее напряжение (ар).

На резак (рис. 3) при этом действуют следующие силы сопротивления:

• направленная вверх сила сопротивления разрушению материала под режущей кромкой (Ррез);

• горизонтальные силы обжатия лезвия материалом (Р0дж);

• направленная вверх сила сопротивления материала сжатию (смятию) фаской лезвия (Р^)',

• силы трения скольжения Тг (и Т2).

Рисунок 3 — Силовое взаимодействие лезвия со структурой плода яблока

С учетом того, что от нормальной силы N на фаске лезвия возникает сила трения Т2 = Nf, где / - коэффициент трения структуры плода о материал лезвия, / = tg <р (<р - угол трения), силу N можно выразить через угол трения (3):

N = Jp3,x + Pel costp. (3)

Сила трения Tt возникает на другой грани лезвия резака в результате действия силы Робж:

П = Ро6жГ ■ (4)

Вертикальная проекция силы Т2 будет равна:

Т2 = Т2 cos а . (5)

С учетом значения N получаем:

7*2 = / {Рсж\sin 2а + P0r1JK]cos2a) . (6)

При этом (7):

Рщ, = Рре, + Раж +П+ Т2 . (7)

Силу Ррез можно определить как произведение площади кромки лезвия резака, находящейся в контакте с материалом (FKp), на разрушающее контактное напряжение сГр:

Ррез = РкрОр = SLap. (8)

Значение FKp определяется как произведение толщины лезвия резака (S) на периметр (длину лезвия) последнего (Д1).

Диаграмму резания плода яблока можно разделить на два характерных участка, соответствующих различным стадиям процесса: 1) предварительное сжатие; 2) резание. Работа, затрачиваемая на каждую из указанных стадий, характеризуется соответствующей площадью Асж и /),„, диаграммы резания.

На участке резания при расположении ножей зигзагом прослеживается ступенчатый вид диаграммы. Это связано с тем, что разрезаемый материал контактирует в одной плоскости не более чем с 2 ножами, образующих симметричную пару на противоположных сторонах зигзагообразной ножевой стенки, имеющей вид равнобедренного треугольника.

На рисунке 4 представлен частный случай диаграммы резания плода второго товарного сорта, подверженного функциональному расстройству увядания, часто возникающего при дефиците влажности в месте хранения. При этом наблюдается преобладание пластичных свойств.

Рисунок 4 - Диаграмма резания плода яблока второго товарного сорта, подверженного функциональному расстройству увядания

У плодов яблок высшего и первого товарного сорта для промышленной переработки, не подверженных увяданию, работа Лрез является единственной (без сжатия), т.е. Лрез = А

А = А„

/I] ХРррз - —

(9)

^рез 2 1 2 ^ х Рез Частным случаем является вариант резания плодов яблок высшего и первого товарного сорта одним ножом (рис. 7)

А — Лрез —

Л>; Рт

(10)

При рубящем резании нож проходит путь 1гфак, тогда как при скользящем резании этого же тела он пройдет путь:

Кк =

(П)

где т — угол скольжения.

На оси абсцисс представлено время контакта ножей с материалом — плодом яблока диаметром 66 мм. Так как поступательная скорость при резании оставалась постоянной, то можно предположить, что время контакта также соответствует полной мере пройденному пути ножей (66 мм) сквозь перерезаемый материал.

в г

Рисунок 5 - Диаграммы резания плодов яблок высшего и первого товарного сорта а -рубящее резание одним ножом, б - скользящее резание одним ножом, в - рубящее резание зигзагообразной ножевой стенкой (10 ножей), г - скользящее резание зигзагообразной ножевой стенкой (10 ножей)

Точка с абсциссы характеризует момент конца сжатия и начала резания слоя. Она делит абсциссу на две части: Исж, представляющую собой величину линейного сжатия слоев первоначальной толщины к, и к — ксж, представляющую собой толщину уплотненного лезвием слоя в момент начала резания. Работу предварительного сжатия слоя можно выразить зависимостью

АСЖ = Э^, (12)

где Э — модуль сжатия массы лезвием, имеющего размерность работы (по В. П. Горячкину).

Работа Асж может быть определена как площадь первого участка диаграммы резания (13)

^СЖ = "у^сж • (13)

Критическая сжимающая сила, при которой начинается резание,

(Ш:2Е

Р

ГКР к ■

где Э - модуль сжатия лезвием.

Лрез = РР»(Л - Лсж) • О5)

При этом для определения величины работы предварительного сжатия и работы резания в любой промежуток времени для всех вариантов резания, используем выражения:

Л=^7/(РрезЖЯрез)<)

Г'1! С сГ г, ЬЬ \ лЛ^ ■ гЪ-'>

А = /^//(ЛезМРрез) ¿ф + //(Ррез)й(Ррез)й(Л2)

Лрез = /""^//(РрезЗЙад^С/і- Лсж) ■

(16) (17)

(18) (19)

Также в качестве энергетической оценки процесса резания можно использовать удельную работу резания Ауй, Она представляет собой отношение всей работы А резания к площади Р сечения полученных разрезов.

А = - (20)

Однако при резании плода яблока десятью ножами площадь ^ (рис. 6) будет складываться из десяти разрезов различной площади каждая , т. е.

Ячи = Рп + +----1" Рхп (2!)

\ Нож (10 штик.1

Рисунок 6 - Схема к определению площади сечения десяти полученных разрезов у яблока диаметром 66 мм В третьей главе «Методика экспериментальных исследований» изложена программа и методика проведения экспериментальных исследований.

Согласно программе были проведены исследования по определению некоторых физико-механических характеристик плодов яблок: размерно-массовые показатели, плотность мякоти, коэффициенты трения скольжения покоя и движения, а также прочностные показатели (модуль упругости, усилия резания плода при различных вариантах расположения ножей).

Для изучения нагрузочных характеристик процесса резания использовался испытательный стенд по измерению составляющих сил резания плодоовощной продукции (рис. 7), с применением 16-канального аналого-цифрового преобразователя «L-Card» и программного обеспечения «Power Graph 3.1. Professional».

Установка обеспечивала возможность варьирования: поступательной скорости пуансона (скорости резания), угла скольжения, а также перемещения ножей относительно друг друга по вертикали. В ходе проведения опыта на экране ПЭВМ в режиме реального времени выводились совмещенные графические данные изменения нагрузки на процесс резания исследуемого материала непосредственно в ньютонах, а также время, затраченное на процесс.

1 - станина, 2 - стойка, 3 - датчик частоты вращения приводного вала, 4 - электродвигатель с различной скоростью вращения, 5 - вал, 6 - муфта, 7 - спаренный механизм вертикального перемещения, 8 - режущий аппарат. 9 - тензометрическая балка, 10 - пуансон Рисунок 7 - Испытательный стенд для измерения составляющих сил резания плодоовощной продукции

Экспериментальные исследования проводились методом планирования эксперимента, позволяющего определить оптимальные значения параметров, влияющих на энергоемкость процесса резания.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований»

представлены результаты исследований и дан их анализ.

Нами проведены исследования по определению силовых характеристик процесса резания плодов яблок. Среднее значение усилия на разрезание плода яблока одним ножом при скользящем резании составляет 30 Н, при резании десятью ножами, расположенными в одной горизонтальной плоскости - 245 Н, а при использовании зигзагообразного расположения (10 ножей 120 Н. Удельное сопротивление продукта резанию - 452 Н/м.

В результате теоретических и экспериментальных исследований разработана диаграмма разреза яблока, соответствующая погружению резака в его структуру по направлению «воронка-верхняя ямка» с пятью характерными областями, а также определены их линейные размеры в мм и процентные соотношения от общего (для яблока среднего размера с Н=55 мм):

АБ — 0,3 %, БВ- 17...27,2 %, ВГ - 4,5...12,4 %, ГД - 11,2... 19,6 %, ДЕ -44,3...54,3 %.

Р

Рисунок 8 — Диаграмма разреза яблока

Ввиду особенностей строения плода яблока, следует выделить области ВГ (сосудистые пучки), ГД (внутренняя мякоть, семена, семенные камеры) и ДЕ (остатки пестика, остатки тычинок, чашелистики), которые

создают дополнительное сопротивление продвижению резака вглубь структуры плода.

Анализ литературных данных, а также результаты поисковых экспериментов позволили выделить три основных управляемых фактора, влияющих на усилие резания материала. Ими являются скорость резания, угол скольжения и сдвиг ножей по вертикали относительно друг друга по высоте.

В качестве выходного показателя на этапе лабораторных исследований был принят выходной фактор, учитывающий энергетические затраты -усилие резания Р, выраженное в ньютонах.

В соответствии с принятой методикой, для исследования области оптимума был реализован план Рехтшафнера для 3-х факторного эксперимента.

В результате расчетов получены уравнения регрессии в кодированном виде:

Р= 27,8+ ОД*,- ,,3х2+ >,1х,+ 1,2*.*,+ 1,4*.*,+

2 з 1 3 (22)

+ 1,6*2*,+ ¡,3*.2 + .,3*2+ 0*3.

Адекватность полученных математических моделей проверялась по критерию Фишера. Оптимальные значения факторов представлены в таблице.

Уравнение регрессии (22), представленное в канонической форме, имеет вид:

У - 19,8= ;,3*,2 + .,2*2 + 0,1*з. (23)

Таблица - Оптимальные значения факторов

Фактор Оптимальные значения факторов

XI - сдвиг ножей по вертикали относительно друг друга по высоте, мм -0,97 - 1,94

Х2 - скорость резания, м/с 0.98 0,019

хз — угол скольжения, град 0 30

Примечание: в числителе - в кодированном виде, в знаменателе - в раскодированном виде.

Поскольку все коэффициенты при квадратных членах имеют положительные знаки, то поверхности откликов, описанные уравнением (22),

К = -= \А2м/с, (24)

представляют не что иное, как трехмерные параболоиды с координатами центров поверхностей в оптимальных значениях факторов.

Анализ приведенных двумерных сечений показал, что для того, чтобы энергоемкость процесса была минимальной, могут быть рекомендованы следующие оптимальные значения факторов: сдвиг ножей по вертикали относительно друг друга х1= 1,8. ..2,0 мм, скорость резания х2 = 0,019 м/с, угол скольжения х3 = 29,5...30,5 град. При этом усилие резания составит 120 Н.

Находим скорость продвижения продукта через ножевую стенку

(24):

0,223-112 60 60

где И - ход ножевой стенки, м; п4 - частота вращения выходного вала мотора-редуктора, мин"1.

Удельное сопротивление продукта резанию находим (25):

= = —= 452^, (25)

Не ¡-среза 0,066 м

где Ртах - максимальное усилие на разрезание плода яблока одним ножом (найдено эмпирически) в Н, Ьсреза - длина среза, м.

Усилие, направленное на разрезание ножевой стенкой (26):

= <7в х £ I х <Р = 452 X 5,022 х 0,65 = 1475 Н , (26)

где ЕI - общая длина лезвий, м.

В общем случае, усилие на резание складывается из усилия, направленного на разрезание ножевой стенкой Рг (являющейся неизменной величиной при обоих вариантах резания, зависящей только от общей длины лезвий, а также силы трения продукта (Р2) о ножи ножевой стенки:

Рг = <?сж х Р х / = £ х Е * £1 х Л1 х / * <Р > (2?)

где Зсж - напряжение сжатия, возникающее в продукте в результате про-давливания его через ножевую решетку, Па; Е - модуль упругости продукта, 10,3x104 Па; F- площадь соприкосновения продукта с боковыми поверхностями ножей, м2.

Определяем мощность электродвигателя, кВт (28):

Л+адх^ (28)

3 1000x17 ' v

где Р2 - сила трения продукта о ножи ножевой стенки, Н; у - КПД всего привода и механизма (0,7).

Результаты расчета энергетических показателей измельчителя представлены на рисунке 9.

600 г" 400 -г

200 4 *

о 4"'

' 504,3 '

Расположение ножей

В ряд їйзигзаг

І

Расположение ножей

3 рядное Ш зигзагообразное

1 0,5

Рисунок 9 - Сила трения продукта о ножи Р2 при взаимодействии с ножами, расположенными в одной горизонтальной плоскости, а также зигзагообразно расположенными со сдвигом по вертикали относительно друг друга по высоте в 2 мм (а); мощность резания (б)

Как видно из графиков предлагаемое нами зигзагообразное расположение ножей позволяет снизить потребляемую мощность на 19 %.

Нами исследовано влияние величин ширины (/г,) и толщины (5) ножа на силу трения продукта (Р2) о ножи. При этом наблюдается значительный рост усилия трения с увеличением величины ширины ножа (рисунок 10) во всех вариантах резания. Хотя, как видно из графика, сила трения продукта о ножи при зигзагообразном расположении ножей рабочего органа уменьшается в разы.

Ширина ножа, м

§ ряд ножей Ш- зигзаг

т ^ # Г о-Толщина ножа, м

® ряд ножей Ш зигзаг

а б

Рисунок 10 - Влияние ширины ножа А/ (а) и толщины ножа б (б) на силу трения продукта (Р2) о ножи при различных вариантах резания

Из сопоставления числовых значений результатов расчетных и экспериментальных усилий резания (Л+ Рг и Рра.тах) в обоих вариантах расположения ножей относительно друг друга следует, что различия между ними не превышает 6 % при аналогичных условиях (рис. 11).

200 150

.......................Ь&ЙМ.....1

ИЗ 120 И "

68 70

'й Расчетные данные

Экспериментальные данные

0,21 0,35 0,49

Длина ножей, м

Рисунок 11 - Совмещенная диаграмма расчетных и экспериментальных показателей энергоемкости резания ножами, зигзагообразно расположенными со сдвигом по вертикали относительно друг друга по зысоте в 2 мм

В пятой главе «Технико-экономические показатели эффективности

применения ломтикового измельчителя плодов яблок» проведен сравнительный анализ экономической эффективности ломтикового измельчителя яблок с серийной резательной машиной малой мощности при использовании его на поточно-технологической линии производства сухофруктов и фруктовых порошков. Производительность измельчителя (рис. 12) составила порядка 4,5...4,8 т/ч, потребляемая мощность 1,1 кВт при толщине среза ломтика 4,6 мм и минимальном соковыделении.

Годовой экономический эффект от применения измельчителя составил 44793,87 руб., а срок окупаемости 0,69 года, при этом стоимость конструкции составила 31116,46 руб.

Рисунок 12-Ломтиковый измельчитель

20

Заключение

1. В настоящее время процесс измельчения резанием изучен не в полном объеме. Особенно это касается процесса безопорного резания лезвием плодов яблок. Справочные данные, охватывающие комплекс их физико-механических свойств, до настоящего времени являются разрозненными и недостаточны для расчета технологического процесса резания плодов яблок на ломтики.

2. В результате теоретических и экспериментальных исследований разработана диаграмма разреза яблока, соответствующая погружению резака в структуру яблока по направлению «воронка-верхняя ямка» с пятью характерными областями, а также определены их линейные размеры в мм и процентные соотношения от общего (для яблока среднего размера с Н=55 мм): АБ - 0,3 %, БВ -17.. .27,2 %, ВГ - 4,5.. .12,4 %, ГД - 11,2... 19,6 %, ДЕ - 44,3.. .54,3 %.

3. Получены зависимости усилия резания от количества ножей, контактирующих с плодом. При использовании зигзагообразного расположения ножей усилие увеличивается нелинейно и стабилизируется при 145 Н (3 ножа). При наличии больше 3 ножей, нагрузка рядного расположения превышает в 1,8 раза нагрузку при зигзагообразном расположении ножей.

4. Энергетическая характеристика работы резания для плодов второго товарного сорта (при использовании рубящего резания одним ножом) складывается из работы предварительного сжатия (0,2 Дж) и непосредственного резания (4,2 Дж). Для высшего и первого сорта сжатие до начала резания практически отсутствует и им можно пренебречь при дальнейших вычислениях.

5. При реализации многофакторного эксперимента получены математические модели резания плодов яблок на ломтики толщиной 5 мм и определены оптимальные значения для сортов яблок Антоновка обыкновенная и Джонатан следующих параметров: скорость резания 0,019 м/с, угол скольжения 30°, сдвиг ножей по вертикали относительно друг друга по высоте 1,94 мм.

6. Результаты испытаний разработанного ломтикового измельчителя показывают, что его производительность составляет до 5000 кг/ч, а потери сока у яблок сортов Антоновка обыкновенная и Джонатан при резании с помощью зиг-загоообразной ножевой стенки уменьшаются в 2,5...3 раза (для яблока массой 110 г выделяется 1,8 г сока).

7. Применение разработанного режущего аппарата с зигзагообразным расположением ножей со сдвигом их по вертикали относительно друг друга на 2 мм в сочетании со скользящим резанием позволяет снизить энергоемкость измельчения плодов яблок на 25.. .30 %.

8. Годовой экономический эффект от применения измельчителя в сравнении с серийной резательной машиной малой мощности при использовании его на поточно-технологической линии производства сухофруктов и фруктовых по-

рошков составил 44793,87 руб., а срок окупаемости 0,69 года, при этом стоимость конструкции составила 31116,46 руб.

Рекомендации производству

1. Для снижения энергетических затрат при измельчении плодов проводить предварительную их калибровку по товарным сортам согласно ГОСТ 21122-75. При этом допускать на переработку яблоки высшего и первого сорта, не подверженных увяданию.

2. Для снижения усилия при резании плодов яблок сортов Антоновка обыкновенная и Джонатан на ломтики применять оптимальные параметры измельчителя: скорость резания 0,019 м/с, угол скольжения 30°, сдвиг ножей по вертикали относительно друг друга по высоте 1,94 мм.

Перспективы дальнейшей разработки темы. Совершенствование технологического процесса резания различной плодоовощной продукции на ломтики с автоматизацией подачи и дозирования сырья в измельчитель.

Основные положения опубликованы в следующих работах в гаданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Антонов, Н.М. Результаты экспериментальных исследований по определению усилий резания плодов и корнеплодов / Н.М. Антонов, II.II. Лебедь, Ю.В. Искусное // Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. ВолГАУ. - Волгоград, 2012. -

№2 (26).-С. 137-141.

2. Лебедь, H.II. Оптимизация режимов и параметров ломтикового измельчителя яблок / Н.И. Лебедь, Н.М. Антонов, Ю.В. Искусное // Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. ВолГАУ. - Волгоград, 2012. -№4 (28).- С. 160-164.

3. Лебедь, H.H. Ломтиковый измельчитель плодов / Н.И. Лебедь, Н.М. Антонов, IO.Ii. Искуснов // Научно-производственный журнал «Сельский механизатор». - Москва, 2013 - №3.-С. 12-14.

4. Лебедь, H.H. Результаты исследований размерно-массовых показателей плодов яблок / Н. И. Лебедь, Н.М. Антонов, Ю.В. Искуснов // Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. ВолГАУ. - Волгоград, 2013. - №1 (26).- С. 137-141.

патентах РФ:

5. Патент на изобретение РФ №2369083, A01F29/08, В02С18/02; Измельчитель корнеплодов / Н.М. Антонов, Ю.Р. Искуснов, Н.И. Лебедь, В.В. Никифоров, Н.В. Мордвинцев (Россия). - №2008113269/12; заявл. 04.04.2008; опубл. 10.10.2009. 2с.

6. Патент на полезную модель РФ ,№102175, A01F29/00; Измельчитель ломтиковый / Н.М. Антонов, Ю.В. Иску.-пои, Г.И. Ивко, М.В. Каплюжников,

С.С. Кузнецов, II.II. Лебедь, Е.И. Макевнина (Россия). -№2010132533/21; заявл. 02.08.2010; опубл. 20.02.2011. 2 с.

7. Патент на полезную модель РФ №113636, A23N4/14; Устройство для ориентации и разделки яблок / Н.М. Антонов, Ю.В. Искуснов, Г.И. Ивко, М.В. Каплюжников, С.С. Кузнецов, H.H. Лебедь, А.Г. Мельников (Россия). -№2011122033/13; заявл. 31.05.2011; опубл. 27.02.2012. 2 с.

8. Патент на полезную модель РФ №118519, A23N15/00, A01F29/08; Устройство для определения прочностных свойств плодов, овощей и корнпло-дов/ Н.М. Антонов, Ю.В. Искуснов, С.С. Кузнецов, H.H. Лебедь, М.Н. Шапров (Россия). -№2011148831/13; заявл. 30.11.2011; опубл. 27.02.2012. 2 с.

9. Патент на полезную модель РФ №127986, A23N15/00, G09B25/00; Испытательный стенд для измерения составляющих сил резания плодоовощной продукции/ Н.М. Антонов, Ю.В. Искуснов, H.H. Лебедь (Россия). -№2012149203/12; заявл. 19.11.2012; опубл. 10.05.2013.

10. Патент на полезную модель РФ №129845, В02С18/02; Измельчитель плодоовощной продукции/ Н.М. Антонов, Ю.В. Искуснов, Н.И. Лебедь (Россия).-№ 2013108423/13; заявл. 26.02.2013; опубл. 10.07.13.

в других изданиях:

11. Антонов, Н.М. Применение зигзагообразной ножевой стенки в универсальном измельчителе плодоовощной продукции / Н.М. Антонов, Н.И. Лебедь, Ю.В. Искуснов // Материалы Всероссийского совещания проректоров по научной работе, г. Волгоград, 6-8 июля 2011 г.-Волгоград: ФГОУ ВПО Волгоградская ГСХА, 2011 .-С. 100-105.

12. Лебедь, Н.И. Измельчитель корнеплодов универсальный / Н.И. Лебедь, А.Ю. Горбачев // Материалы XI Международной научной конференции студентов «Научный поиск молодежи XXI века», посвященный 170-летию Белорусской ГСХА, г. Горки, 2-4 декабря 2009, с. 71-73.

13. Лебедь, Н.И. Измельчитель плодов и корнеплодов ломтиковый универсальный / Н.И. Лебедь // Инновационные идеи молодежи - агропромышленному комплексу!: Материалы регионального конкурса инновационных разработок молодых ученых, 17 ноября 2010 г./ВГСХА: Зворыкинский Проект: МИК «Инновариум» - Волгоград 2010, -1 CD-диск.

14. Лебедь, Н.И. Теоретическое обоснование процесса резания / Н.И. Лебедь, А.Г. Мельников // Материалы V Международной научно-практической конференции молодых исследователей, г. Волгоград, 11-13 мая 2011 г. Часть III. - Волгоград: ФГОУ ВПО Волгоградская ГСХА ИПК «Нива», 2011. - С. 312-316.

Лебедь Никита Игоревич

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЯ ЯБЛОК

,Специальность 05.20.01 — Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

В авторской редакции

Подписано в печать 13.09.2013. Формат 60*84 Ш6.

Усл.-печ. л.1,0. Тираж 100. Заказ 322. ИПК ФГБОУ ВПО Волгоградский ГАУ «Нива». 400002, Волгоград, пр. Университетский, 26.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «Волгоградский государственный аграрный университет»

Лебедь Никита Игоревич

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЯ ЯБЛОК

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

00 ю

ДИССЕРТАЦИЯ

Научный руководитель: Антонов Николай Михайлович,

доктор технических наук, профессор

Волгоград 2013

ь

Содержание

Введение 6

Глава 1 Анализ технических средств для измельчения и переработки плодов яблок 11

1.1 Значение плодовых культур в аграрном комплексе южных регионов России 11

1.2 Требования к качеству плодов 11

1.3 Процесс измельчения материалов 14

1.4 Классификация машин для измельчения резанием 16

1.5 Анализ существующих машин для измельчения плодов 16

1.6 Конструкционные особенности и рабочий процесс работающих аналогов 18 1.7. Анализ конструктивных решений измельчителей плодоовощного сырья

в современном патентоведении 22

1.8 Виды нарезки плодов 28

1.9 Поточно-технологической линия производства сушеных яблочных чипсов и яблочного порошка 29

1.10 Цели и задачи исследования 30 Глава 2 Теоретическое исследование процесса резания плодов яблок на

ломтики зигзагообразным режущим аппаратом 33

2.1 Предлагаемая конструкция ломтикового измельчителя плодоовощного сырья 33

2.2 Испытательный стенд для измерения составляющих сил резания плодоовощной продукции 3 5

2.3 Реологические свойства яблок при различных способах их обработки 3 7

2.4 Классификация механического резания 39

2.5 Общий случай резания ножом с продольной режущей кромкой 39

2.6 Кинематическая трансформация угла заточки лезвия и кромки лезвия ножа при скользящем резании 41

2.6.1 Кинематическая трансформация остроты лезвия ножа 41

2.6.2 Кинематическая трансформация угла резания 43

2.7 Особенности влияния скорости на процесс резания плодов яблок на ломтики 44

2.8 Оценка параметров силового взаимодействия плоского ножа зигзагоооб-разного режущего аппарата с перерезаемым материалом 47

2.9 Определение критической силы резания, работы резания, коэффициента полезной работы лезвия и удельного давления на лезвие 56

Выводы по главе 63

Глава 3 Методика экспериментальных исследований 64

3.1 Программа исследований 64

3.2 Условия и объекты проведения исследования 67

3.3 Приборы и оборудование, применяемые при проведении экспериментальных исследований 68

3.4 Методика изучения структуры плода яблока, определения толщины границ областей, образующих его разнородную структуру 79

3.5 Определение основных физико-механических свойств плода 81

3.5.1 Размерно-массовые показатели плодов 81

3.5.2 Определение плотности структуры (мякоти) плода 83

3.5.3 Определение коэффициентов трения скольжения покоя 84

3.5.4 Определение коэффициента трения скольжения движения 85

3.6. Определение силовых (прочностных) показателей плодов яблок 87

3.6.1 Определение усилия резания при различных вариантах расположения ножей 87

3.6.2 Определение модулей упругости мякоти плодов яблок 89

3.7 Особенности проведения поисковых опытов по разработке ломтикового измельчителя 90

3.8 Методика проведения многофакторного эксперимента 92

3.9 Планирование факторного эксперимента 94

3.10 Определение зависимости усилия резания от количества ножей, контактирующих с плодом 97

3.11 Измерение остроты лезвия методом использования отпечатков 98

ч

3.12 Определение потери сока при резании на различных вариантах расположения ножей 100

3.13 Определение расчетной производительности ломтикового измельчителя (по сырью и готовой продукции) 101

Глава 4 Результаты экспериментальных исследований 103

4.1 Изучение структуры плода яблока, определение толщины границ областей, образующих его разнородную структуру 103

4.2 Определение основных физико-механических свойств плода 108

4.2.1 Размерно-массовые показатели плодов 108

4.2.2 Определение плотности мякоти плода 113

4.2.3 Определение коэффициентов трения скольжения покоя 114

4.2.4 Определение коэффициента трения скольжения движения мякоти плодов яблок по различным материалам 118

4.3 Определение усилия резания плода при различных вариантах расположения ножей 121

4.4 Определение модулей упругости структуры (мякоти) плодов яблок 125

4.5. Оптимизация режимов и параметров ломтикового измельчителя яблок 126

4.6. Определение зависимости усилия резания от количества ножей, контактирующих с плодом 130

4.7 Измерение остроты лезвия методом использования отпечатков 132

4.8 Определение потери сока при резании на различных вариантах расположения ножей 132

4.9 Энергетический расчет измельчителя 135

Выводы по главе 143

Глава 5.Технико-экономические показатели эффективности применения

ломтикового измельчителя плодов яблок 146

5.1 Затраты на изготовление измельчителя 146

5.2 Технико-экономические показатели применения ломтикового измельчителя 147

г

5.3 Производственные затраты при использовании ломтикового измельчи-

теля 148

Заключение 149

Список сокращение и условных обозначений 151

Список литературы 155

Приложения 168

Введение

Пищевые достоинства плодов яблок зависят от условий произрастания, происхождения и степени зрелости, что и определяет их химический состав. В съедобной части яблок содержится углеводы, клетчатка, белки и органические кислоты. Помимо этого имеются дубильные вещества и фитоциды, которые придают яблокам бактерицидные свойства. В том числе яблоки содержат большое количество фруктозы чем глюкозы, находят широкое применение в лечение печени и сахарного диабета.

Из минеральных элементов яблоки особенно богаты калием, присутствуют кальций, магний, железо, марганец, натрий. Обилие солей калия в сочетании с высоким содержанием дубильных веществ задерживает образование мочевой кислоты и таким образом предупреждает отложение солей, подагру, мочекаменную болезнь. Высокое содержание калия и органических кислот нормализует кислотно-щелочное равновесие и улучшает деятельность сердечной мышцы. Содержатся в яблоках флавоноиды, эфирные масла, а в семенах — жирные масла и йод.

По содержанию аскорбиновой кислоты сорт Антоновка обыкновенная превосходит Уэлси и Северный синап в 2 раза — 15,8 мг / 100 г; 5,1 мг / 100 г; 5,3 мг / 100 г соответственно. Провитамина А (каротина) содержится в количестве 0,15 мг / 100 г в сортах Северный синап и Антоновка обыкновенная и 0,12 мг / 100 г в сорте Уэлси. По сумме Р-активных соединений (флавонов, антоцианов и катехи-нов) из всех исследуемых сортов значительно превосходит Уэлси - 59,4 мг / 100 г. Содержание этих соединений у сортов Антоновка обыкновенная и Северный синап составило 36,4 мг / 100 г и 35,6 мг /100 г соответственно.

В связи с разработкой и созданием продуктов питания физиологического воздействия яблоки, обладая биологической активностью, используются широко в народном хозяйстве.

Вместе с тем несомненно, что яблоки, наряду с другими фруктами, представляют ценность не только как дополнительный источник витаминов, минеральных веществ, клетчатки, сока, ферментов, но и как деликатесный продукт [22, 30, 74,92].

Обычно для сушки применяют яблоки кисло-сладких сортов с большим количеством ароматических вкусовых веществ, к которым относят сорта Антоновка обыкновенная и Джонатан. Рекомендуется плоды измельчать на частицы диаметром более 50 мм.

Инновационные технологии переработки яблок в агропромышленном комплексе региона позволят с большей целесообразностью использовать данное сырье для выработки продукта с длительными сроками хранения.

Актуальность темы исследования. В связи с распространением в стране и регионе отдельных перерабатывающих предприятий малой и средней тоннажно-сти, актуальным является оснащение поточно-технологических линий оборудованием различной производительности, в том числе с использованием высокопроизводительного ломтикового измельчителя плодоовощного сырья.

Наиболее распространенные в сельском хозяйстве режущие аппараты дискового и барабанного типов, реализуемые в измельчителях плодоовощной продукции имеют ряд существенных недостатков.

Так, у дисковых измельчителей неравномерна нагрузка на вал, они требуют большей мощности приводного двигателя, чем барабанные той же производительности. К недостаткам барабанных - следует отнести большие осевые нагрузки на подшипниковые опоры барабана, малую высоту горловины, что также ограничивает их производительность. Общим недостатком является разрушение структуры обрабатываемого продукта, а вследствие этого значительное соковы-деление, что отражается на снижении концентрации витаминов и полезных веществ в готовой продукции и повышении энергозатрат. Поэтому решение задачи обоснования и разработки измельчителя плодоовощной продукции с использованием рабочего органа в виде ножевого аппарата с зигзагообразной схемой расположения ножей является актуальной и значимой для агропромышленного комплекса.

Степень разработанности темы. Совершенствованию технологического процесса и технических средств измельчения резанием плодов яблок посвящены работы С.А. Арнаута, З.В. Ловкиса, В.В. Якимцова и др. Однако, разработанный ими измельчитель дискового типа, имеет ряд существенных недостатков, сопро-

вождающих машины подобного типа, а именно ограниченную производительность, повышенные энергозатраты, препятствующих получению продукции высокого качества.

В настоящее время процесс измельчения резанием изучен не в полном объеме, особенно это касается процесса безопорного резания лезвием плодоовощной продукции. Справочные данные, охватывающие комплекс физико-механических свойств плодов до настоящего времени являются разрозненными и недостаточны для расчета технологического процесса резания плодов на ломтики.

Цель исследования. Обоснование конструктивных параметров и режимов работы измельчителя яблок с зигзагообразным расположением ножей в режущем аппарате.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи исследования:

11 Выполнить патентный поиск и провести конструктивный анализ современных измельчителей плодоовощного сырья.

12 Определить физико-механические свойства плодов яблок, необходимых для обоснования параметров ломтикового измельчителя.

13 Разработать принципиальную схему измельчителя с зигзагообразной ножевой стенкой, теоретически и экспериментально обосновать его режимно-конструктивные параметры.

14 Составить методику расчета энергетических параметров разработанного измельчителя, с учетом следующих показателей: мощности привода; силы трения продукта о ножи; скорости продвижения продукта через ножевую стенку; удельного сопротивления продукта резанию; усилия, направленного на разрезания продукта.

15 Обосновать экономическую целесообразность внедрения измельчителя, на основе анализа результатов производственных испытаний разработать рекомендации к внедрению ломтикового измельчителя яблок.

Объект исследования. Технологический процесс резания плодов яблок на ломтики с использованием измельчителя с рабочим органом в виде зигзагообразно закрепленных ножей со сдвигом по вертикали относительно друг друга.

Научная новизна заключается в усовершенствовании конструкции измельчителя яблок с зигзагообразным расположением ножей в режущем аппарате; обосновании конструктивно-режимных параметров измельчителя с зигзагообразной ножевой стенкой; разработке диаграммы разреза яблока, соответствующего погружению резака в структуру яблока по направлению «воронка-верхняя ямка»; получении экспериментальной зависимости усилия резания при зигзагообразном и рядном расположении ножей от количества ножей, контактирующих с плодом.

Теоретическая и практическая значимость работы. На основании проведенных исследований разработано экспериментальное оборудование для исследования процесса резания (патент №118519 РФ, 127986 РФ), а также ряд измельчителей плодоовощного сырья (патент №2369083 РФ, 102175 РФ, 1 13636РФ, 129845 РФ), позволяющие повысить эффективность и снизить энергоемкость процесса резания. Обоснованы оптимальные параметры работы ломтикового измельчителя.

Методология и методика исследований. В теоретических и экспериментальных исследованиях использованы методы теоретической механики [21], физики, прикладной математики, математической статистики, теории планирования эксперимента. Обработка результатов экспериментальных исследований, а также графические работы осуществлялись на ПЭВМ при помощи прикладных компьютерных программ Microsoft Excel, MathCAD 14, Power Graph 3.1. Professional, SolidWorks 2011, KOMTLAC-3D V13 [2, 4, 10, 11, 16, 17, 26, 38].

Испытания ломтикового измельчителя проводились в лабораторных условиях на основе ОСТ 70.10.8-84 «Испытания сельскохозяйственной техники. Программы и методы испытаний» и ГОСТ 24055-88 «Методы эксплуатационно-технологической оценки».

Положения, выносимые на защиту:

1. Усовершенствованный технологический процесс резания плодов яблок на ломтики.

2. Конструкция испытательного стенда для измерения составляющих сил резания плодоовощной продукции.

3. Конструкция ломтикового измельчителя яблок.

4. Аналитические зависимости, определяющие режимно-технологические параметры ломтикового измельчителя.

5. Математическая модель, описывающая процесс резания плодов яблок на ломтики.

6. Результаты теоретических и экспериментальных исследований разработанной конструкции ломтикового измельчителя.

7. Технико-экономическая оценка эффективности использования разработанного ломтикового измельчителя.

Реализация результатов исследования. Экспериментальный образец ломтикового измельчителя изготовлен и исследован в лабораторных условиях, а также прошел производственные испытания и показал высокие показатели эффективности в условиях КФХ «Тишанское».

Степень достоверности и апробация работы. Достоверность полученных результатов подтверждается достаточным объемом и высокой степенью точности эмпирических данных, использованием известных зависимостей по оценке эффективности технических систем; применением современных методик обработки результатов экспериментов; использованием ГОСТ, общепринятых методик и рекомендаций.

Основные результаты исследований по теме диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО «Волгоградский ГАУ» (2008-2012 г.г.), региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области (2008-2012 г.г.), программе «У.М.Н.И.К» (государственный контракт №8708р/13143, государственный контракт №16804) , «У.М.Н.И.К. на СТАРТ» (государственный контракт №11339р/20530), Ежегодном Областном конкурсе инновационных проектов, конкурсе «Молодой инноватор Волгоградской области - 2012», Всероссийской выставке «Золотая Осень 2010» и др. Основные положения диссертации опубликованы в 14 печатных работах общим объемом 5,82 п. л. (3,38 п.л. приходятся на долю автор), четыре из них в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получен один патент на изобретение и 5 патентов на полезную модель.

Глава 1 Анализ технических средств для измельчения и переработки

плодов яблок

1.1 Значение плодовых культур в аграрном комплексе южных регионов России

На большей части территории нашей страны круглогодовое обеспечение населения плодовоовощной продукцией возможно только при организации ее длительного хранения в свежем, сушеном или консервированном видах. В основных направлениях экономического и социального развития РФ на период до 2012 года намечено довести валовый сбор овощей и бахчевых культур до 40...42 миллионов тонн, плодов и ягод до 14,5... 15,5 миллионов тонн, значительно увеличить производство варенья, компотов, сухофруктов, джемов и соков, преимущественно в мелкой расфасовке.

Особое место занимает товарная обработка плодов. Плоды, различающиеся между собой по многообразным признакам (размеры и различные повреждения и др.) необходимо рассортировать по качеству, откалибровать по размеру и упаковать в тару в соответствии с требованиями стандартов или республиканских технических условий. Однако на большинстве предприятий обработка выполняется еще вручную и является одним из трудоемких процессов в садоводстве. На обработку 1 тонны плодов затрачивается от 3,5 до 5 чел,- дней, что составляет 50.. .60% затрат в целом на уборку урожая и почти треть всех затрат на производство плодов [28, 29, 93, 110].

1.2 Требования к качеству плодов

Продукция, поступившая из сада на плодоупаковочный пункт, представляет собой смесь плодов различного качества. Задача сортировки заключается в том, чтобы распределить плоды в зависимости от имеющихся на них дефектов на определенные качественные группы, предусматриваемые стандартами.

Товарные качества плодов определяют по внешним признакам: размеру, фаске, форм