автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Повышение эффективности объемного дозатора с мерными емкостями в составе вертикальной фасовочной машины

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На правах рукописи

УДК 6211798.143:644144 Рамадан Абдельрахман Рамадан

Повышение эффективности объемного дозатора с мерными емкостями в составе вертикальной фасовочной машины

Специальность 05.18.12. — Процессы и аппараты

пищевых производств.

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Калачев М.В.

Научный консультант: доктор технических наук, профессор, член-

корреспондент Академии холода РФ Ильясов С.Г.

Москва - 1999

СОДЕРЖАНИЕ

Содержание................................................................................................................2

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................5

Глава 1. Анализ методов фасования, обзор и оценка техники, перспективы развития......................................................................................................................8

1.1. Анализ методов фасования в порядке классификационной принадлежности и международной рубрикации фасовочных линий..............8

1.2. Основные сведения о кондитерских изделиях округлой и овальной формы и упаковочных материалах....................................................................15

1.3. Анализ обобщенных показателей эффективности фасовочных машин для гранулированных кондитерских изделий.....................................22

1.4. Анализ конструкций фасовочных машин, стаканчиковых объемных дозаторов для гранулированных кондитерских изделий. Перспективы развития................................................................................................................24

1.5. Цель и задачи исследования....«................................................................... 34

Глава 2. Экспериментальные исследования дозаторов с объемным дозированием для кондитерских гранулированных изделий в составе вертикальных фасовочных машин........................................................................36

2.1. Классификация упаковочного оборудования кондитерских изделий.... 38

2.2. Лимитирующие операции процесса, ограничивающие скорость работы дозатора...................................................................................................43

2.3. Точность дозирования продукта в объемных стаканчиковых дозаторах для гранулированных кондитерских изделий................................45

2.4. Скорость и производительность объемного стаканчикового

дозатора для гранулированных кондитерских изделий..................................51

Выводы.................................................................................................................59

Глава 3. Диагностика стаканчиковых дозаторов в составе фасовочных машин и поточных линий для производства гранулированных кондитерских изделий 60

3.1. Диагностика фасовочных машин для гранулированных кондитерских изделий.........................................................................................60

3.2. Алгоритм синтеза фасовочных машин для гранулированных изделий.................................................................................................................66

3.3. Системный анализ поточной линии для фасовки гранулированных кондитерских изделий.........................................................................................81

3.4. Анализ системы процессов фасовочных машин, для

гранулированных кондитерских изделий.........................................................83

Выводы.................................................................................................................90

Глава 4. Критериальный анализ стаканчиковых дозаторов в составе фасовочных машин для гранулированных кондитерских изделий...................91

4.1. Критериальный анализ стаканчиковых дозаторов для вертикальных фасовочных машин на уровне функциональных схем....................................91

4.2. Критериальный анализ стаканчиковых дозаторов с одним модернизированным стаканом, поворотным вокруг оси и стаканом неповоротным, подвижным по вертикали......................................................104

4.3. Оценка технического уровня стаканчиковых дозаторов в фасовочных машинах для гранулированных кондитерских изделий..........106

4.4. Выбор оптимальных режимов и параметров промышленных

дозаторов для гранулированных кондитерских изделий..............................107

Выводы...............................................................................................................109

Глава 5. Синтез оптимальных процессов и конструкций стаканчиковых дозаторов для гранулированных кондитерских изделий...................................110

5.1. Синтез оптимальных решений процесса объемного дозирования для мерных емкостей........................................................................................110

5.2. Синтез оптимальных решений для параметров передающих каналов................................................................................................................ 112

5.3. Синтез оптимальных решений процесса и конструкций стаканчиковых дозаторов для гранулированных кондитерских изделий

на уровне функциональной и конструктивно-кинематической схем..........115

Выводы...............................................................................................................123

Глава 6. Практическая промышленная реализация результатов исследований и их практическая ценность....................................................................................124

6.1. Разработка и создание дозатора с одним поворотным стаканом для дозирования гранулированных кондитерских изделий................................124

6.2. Разработка и создание дозатора с одним подвижным по вертикали стаканом для гранулированных кондитерских изделий...............................126

Заключение.............................................................................................................131

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.............................................133

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ....................................................................................141

ПРИЛОЖЕНИЯ.....................................................................................................142

ВВЕДЕНИЕ

В российскую кондитерскую промышленность входит около 400 предприятий, из них 127 специализированных. В 1998 г. выпуск составил 1364 тыс. тонн, что составляет около 50 % использованных мощностей.

Все виды кондитерских изделий упаковываются в различную тару. В структуре российского упаковочного производства основное место занимают бумага и картон — 38%, полимерные материалы — 22%.

Упаковка кондитерских изделии, как правило яркая, красочная — «рекламная». Основная масса кондитерских изделий завертывается: карамель, конфеты, шоколад, печенье, вафли и другие. Некоторые кондитерские изделия укладывается в коробки и короба (транспортная тара) — это наборы конфет, дорогих сортов печенья, коробки с тортами, пирожными и др., а гранулированные кондитерские изделия фасуют в пленочную упаковку на вертикальных фасовочных машинах. К числу продуктов, подлежащих фасовке, можно отнести кондитерские изделия округлой и овальной форм, такие как карамель мелкая с начинкой или без нее, карамель типа «Китайская смесь», монпансье, различные сорта драже, витамины и др.

Многообразие кондитерских изделий н упаковочного материала требует большого числа заверточных, фасовочных, укладочных, обандероливающих и др. машин. Большую долю оборудования в России занимает занимает импорт машин (более 70 %). Основными зарубежными поставщиками оборудования остаются итальянские, немецкие, шведские фирмы [40].

Актуальность темы диссертации определяется необходимостью повышения эффективности дозирования гранулированных кондитерских изделий округлой и овальной форм. Дозирующие устройства, которыми комплектуются современные машины, не всегда достаточно надежны и экономичны. Научные исследования дозаторов в составе фасовочных машин для кондитерских изделий округлой и овальной форм, проведенные, ранее свидетельствуют о значительных резервах повышения их производительности и точности отмеряемых доз кондитерских изделий.

Недостаточность теоретических знаний и экспериментальных исследований процесса фасования гранулированных изделий затрудняет создание на-

учно-обоснованной методики для разработки оптимальных инженерных решений упаковочных машин. В связи с этим актуальными являются теоретические и экспериментальные исследования дозаторов для изделий в составе фасовочных машин, включающие три основные этапа: диагностику, критериальный анализ и синтез. Эти исследования позволяют получить данные для разработки более совершенных фасовочных машин и дать оценку их технического уровня.

Цель работы состоит в постановке и проведении комплексных аналитических и экспериментальных исследований, направленных на повышение эффективности объемного дозирования гранулированных кондитерских изделий округлой и овальной форм в дозаторах с мерной емкостью, выработка практических рекомендаций по совершенствованию конструкции дозатора в составе вертикальных фасовочных машин.

Научная новизна определяется следующими результатами:

- установлена зависимость точности дозирования и времени срабатывания от показателя формы мерной емкости дозатора;

- установлены закономерности изменения времени дозирования от характеристик форм дозирующего канала; определена форма и размеры дозирующего элемента устройства;

- определены траектории движения гранул продукта в фигурном канале дозатора и характеристики форм и размеров канала дозатора с поворотными и неповоротными дозирующими емкостями;

- на основе системного и критериального анализа дозатора в составе фасовочных машин и поточных линий определена целостность и технический уровень несуммативных систем дозирования в составе фасовочных машин вертикального типа;

- на основе диагностики и критериального анализа выполнен синтез оптимальных режимов процессов дозирования и конструктивных параметров мерных емкостей дозатора на уровне функциональной и конструктивно-кинематической схем.

Практическую ценность представляют режимы дозирования, обеспечивающие требуемую точность; рекомендованные формы и размеры каналов дозаторов с поворотными и с неповоротными дозирующими емкостями; оптимальные режимы процесса дозирования и конструктивные параметры мерных емкостей дозаторов, реально созданные и внедренные в производство дозаторы с поворотным и с неповоротным стаканом мерной емкости.

Основные результаты работы внедрены в ПО «РУСТ».

Работа выполнена в Московском Государственном заочном институте пищевой промышленности.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ФАСОВАНИЯ, ОБЗОР И ОЦЕНКА ТЕХНИКИ, ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

1.1. Анализ методов фасования в порядке классификационной принадлежности и меяадународной рубрикации фасовочных линий

В настоящее время для фасовки и упаковки различных изделий существует большое количество различных машин, различающихся по принт типу действия, конструкции, производительности.

Большая доля этих машин используется в пищевой промышленности. В частности, в кондитерской промышленности дозируются и упаковываются различные полуфабрикаты и изделия. Это сыпучие продукты — мука, какао-порошок, сахарный песок и др.; твердые изделия различной формы — конфеты, драже, таблетки («холодок») и др.; жидко-вязкие — мед, различные пасты, горячая халва и др.

Различные структурно-механические свойства полуфабрикатов и продуктов требуют различных конструкций рабочих органов для дозирования и упаковки, а их выбор затрудняется отсутствием достаточно полной (обобщенной) классификации упаковочных машин.

В настоящее время известен ряд классификаций, рассматривающих фасовочное и упаковочное оборудование, разработанных Гуськовым К.П., Дикие М.Я., Маршалкиным Г.А., Драгилевым А.И., Благодарским В.А. и др. [1-5,8-14].

Эти классификации не отражают в полной мере технологических процессов отмеривания (дозирования), не имеют связи со структурно-механическими свойствами обрабатываемого материала или продукта. В большинстве классификационных схем нарушена иерархическая структура рубрикатора или они рассматривают только отдельные типы машин или механизмов. Так, Маршалкин Г.А. [20] приводит классификацию питателей для упаковочного материала и отдельно приводит другую классификацию для питателей изделий [23, 24].

Драгилев А.И. [13] предлагает классификацию способов упаковывания, технологических процессов и оборудования для упаковки. Из-за отсутствия классификационной схемы эти три системы следует называть рубрикаторами. В рубрикаторе способов упаковывания Драгилев А.И. приводит оберточные материалы, которые никак не связаны с типами упаковки. В рубрикаторе «технологические процессы завертки» нарушены иерархические уровни, в разделе «завертывание изделий в пленочные материалы» дается просто описание процессов [13].

В книге Бурляй Ю.В., Сухой Л.А. [10] приведена общая характеристика состояния процессов укладки и упаковки в тару, приведены конструкции и схемы машин, изложены методы расчета основных параметров, так как полностью отсутствует иерархическая структура и различные понятия даны вперемешку.

Зотов С. рассматривает классификацию фасовочных автоматов и классификацию дозаторов для фасовочных машин [8, 9, 10]. Эта работа интересна еще и тем, что в ней представлена структура фасовочного автомата как механизма, состоящего из ряда узлов, обязательных для данной конструкции, и дополнительных устройств, расширяющих функциональные возможности автомата. Однако в классификации фасовочных автоматов классификационная схема отсутствует и ее следует называть рубрикатором [6, 7]. Классификация сыпучих продуктов подразделяется на классы (несвязанные, связанно-текучие и связанные) с последующим разделением по функциональным признакам. В классификации дозаторов одна из рубрик представляет дозируемый сыпучий продукт, характеризуемый терминами хорошо сыпучий, трудно сыпучий и т.п. Эти термины не согласуются с терминологией сыпучих продуктов, где продукты характеризуются как слабо или сильно уплотняющиеся.

Исследованиями процессов фасования и завертки в упаковочной технике занимались многие авторы. Известны работы Цейтлина Г.Е. [44] который предлагает отказаться от стандартных методов циклограммирования с помощью линейных и круговых циклограмм, синхрограмм и технолограмм, не по-

зволяющих зафиксировать графически все взаимосвязи между движениями исполнительных механизмов. Для записи взаимосвязи между движениями исполнительных механизмов предлагается построить сетевую модель выполнения упаковочной машиной требуемого технологического процесса. Сетевые методы циклограммирования, по мнению автора, помогут зафиксировать все возможные связи между движениями исполнительных механизмов даже для очень сложных машин, определить резервы и изменить циклограмму для равномерного распределения времени между работой механизмов. Такой путь значительно облегчит наладку машин. Предложены методы оптимизации сетевых циклограмм с разработкой специальных критериев минимизации углов давления в кулачковых механизмах, нагрузок на них от сил инерции ведомых звеньев [43, 44-46].

Исследования, расчет и синтез рукавообразователей и их козырьков, механизмов протягивания рукава, его поперечной и продольной сварки, конструирование и расчет многопоточных рукавообразователей для фасовочно-упаковочных автоматов вертикального и горизонтального типов по фасовке пищевых продуктов в целлофановые и другие пакеты провели Жидо-нис В. Ю [14], Дарчукайтене А. А., Трубников В.М.

Разработкой и расчетом самонастраивающихся устройств для подачи этикеток к заверточным и другим машинам занимались Гернет М. М. и Май-сюк Л.Б. [45, 82]. Ими выведены формулы для решения задач кинематического синтеза этих механизмов. Задачу выявления и усиления слабых звеньев ирисо-заверточных машин решил Цейтлин Г. Е. [89].

Ряд авторов при анализе упаковочной техники используют методы ква-лиметрии: Панишев В.Г., Сухой Л.А., Панфилов В.А.[59-61, 62]; и экспертных оценок. Цель метода оценить качество проектируемых машин и осуществить выбор оптимальных конструкций среди существующих. Методы квалиметрии и экспертных оценок используются Александровой И.Ф. для других классов технологического оборудования пищевых производств [1-4-8, 9-59-61, 62].

Маршалкин Г.А. и Симутенко В.В. [22] указывают о влиянии формы и размеров изделий на выбор рабочих органов и ряда узлов в заверточных автоматах. Введено понятие эффективной производительности заверточных автоматов [22, 61, 88].

Шапран В.З. проводит исследования ориентирующе-питающих устройств центробежного типа, в том числе, непрерывных.

Исследованию физико-механических, геометрических и массовых характеристик пищевых изделий, а также их ориентации и укладки в тару или завертки посвятили свои работы Бурляй Ю.В. и Сухой Л.А. [8, 9, 10]. Исследованы пневматические захватные устройства для укладки в коробки малопрочных изделий и предложены рациональные их формы [8, 9, 10].

Гальперин Г. Д. и Петько В.Ф. [68, 69] исследовали операции заполнения мерных емкостей объемных дозаторов для трудносыпучего продукта с вибростабилизацией. Исследованы процессы уплотнения такого продукта и определена длительность информационного цикла между подналадками емкостей, предложено вакуумное дозирование, что позволяет хорошо уплотнить продукт без пыления и шума [68, 69, 86].

Точностью дозирования разных сортов круп и сахарного песка с испол�