автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Разработка теоретических основ механизированной обвалки мяса

>Г6 од

2 0 Г?!1П 1Г7

На правах рукописи

Бишарат Авни Фарид

Разработка теоретических основ механизированной обвалки мяса

Специальность 05.18.12 - процессы, машины и агрегаты пищевой промышленности

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1996

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте мясной промышленности.

Научный руководитель - академик РАСХН,

доктор технических наук,

профессор

Ивашов В.И.

Официальные оппоненты - член-корреспондент РАСХН,

доктор технических наук, профессор Лимонов Г.Е.

- кандидат технических наук, доцент Юрков С. Г.

Ведущая организация - Всероссийский научно-

исследовательский институт птицеперерабатывающей промышленности (ВНИИПП)

Защита диссертации состоится" _1996г.

на заседании специализированного Совета К 020.62.01. Всероссийского научно-исследовательского института мясной промышленности, 109316, Москва, ул.Талалихина, 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского научно-исследовательского института мясной промышленности.

Автореферат разослан * ¿^¿У^ 1996г.

Ученый секретарь специализированного Совета, кандидат технических наук, с.н.с.

А.Н.Захаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из современных этапов развития пищевой промышленности является развитие отраслей, перерабатывающих сельскохозяйственное сырье, в которых одно из ведущих мест занимает переработка мяса.

Одна из проблем, от решения которой зависит развитие мясной промышленности, является совершенствование процессов производства готовых изделий из мяйа. В свою очередь, одним из основных, наиболее, трудоемких процессов при производстве готовых изделий из мяса является об вата. В настоящее время на перерабатывающих предприятиях используется ручная обвапка на столах или вертикальная. Мёханизация процесса, обвалки является одной, из важнейших задач технического перевооружения.

В Иордании с каждым годом увеличивается количество перерабатываемого крупного рогатого скота и баранины, поэтому механизация обвалки имеет большое значение для развития мясной промышленности. К тому же в Иордании, где основной религией является ислам, практически отсутствует производство свинины и мясопродуктов из нее. Основными производствами являются переработка говядины и баранины. Поэтому в моей диссертации сделан упор на обвалку говядины и баранины.

Механизация процесса обвалки является актуальным и перспективным научно-техническим направлением отрасли, так как для ручной обвалки характерна очень высокая трудоемкость работ и низкая эффективность ручного труда. Человек, выполняющий обвалку на мясокомбинате, является чудом природы: у него одновременно работают звуковые и зрительные анализаторы с управлением обратной связи. Машины, имеющие положительные качества человека-обвальщика и использующие современные технологии, все еще являются мечтой.

Проблема экономного и бережного использования мясных ресурсов может быть решена разработкой и широким внедрением техники и технологии для механизированной обвалки мясных туш или ее отдельных частей, обеспечивающих рациональное и полное использование мяса. Это позволит

вовлечь в производство такое количество мяса, .которое прежде не находило эффективного сбыта.

Вместе с тем, процесс неуклонного роста объемов производства мяса и связанные с ним проблемы рынка, то есть реализация традиционных видов продукции мясоперерабатывающих предприятий, их рентабельности и экономии поставили специалистов в странах с развитым скотоводством перед необходимостью принятия решений в отношении переориентации предприятий на глубокую переработку мяса. Это предполагает реализацию обширной и сбалансированной программы, направленной на удовлетворение потребительского спроса в разнообразных и высококачественных мясных продуктах. Такой программы, которая сконцентрирована на вопросах экономного и рационального использования сырьевых ресурсов, с приближением к безотходной технологии, сокращении трудовых затрат и улучшения условий труда.

В целях реализации этой программы развитые зарубежные страны ( Новая Зеландия, Франция, Нидерланды, Великобритания, США, Япония и др,) пошли по пути создания технологии и техники для механизированной обвалки мяса.

Можно отметить следующие преимущества машинной обвалки перед ручной: в целом машины имеют тенденцию давать последовательные результаты, производительность машин не зависит от времени дня, дня недели и усталости, от которых зависит производительность труда человека. В отличии от ручной обвалки качество машинной обвалки не зависит от скорости выполнения операций.

Машинная обвалка дает больший выход продукта. Во-первых, выход продукта повышается вследствие повторяемости (последовательности) машинной обвалки. Во-вторых, человек, использующий обвалочный нож, не способен следовать контурам разделки, особенно когда кости имеют непростую форму. Ручная обвалка может дать похожие результаты только при увеличении времни обработки, что невозможно при обычной скорости работ в обвалочных цехах.

Кроме того, производительность труда при механизированной обвапке можно увеличить в несколько раз.

Одна из проблем, влияющая на актуальность вопроса, - это Профессиональный травматизм. Операции по обвалке в своей природе очень монотонны и требуют сохранения частей тела человека в одном положении длительное время. Поэтому обвальщики в состоянии усталости подвержены производственным травмам. Особенно опасным инструментом является пила. Обвалочные машины гораздо безопаснее, так как руки обвальщика не находятся близко к режущему устройству.

Такая проблема, как улучшение гигены продукта в настоящее время является актуальной, так как это является важным элементом сохраняемости продукта. При машинной обвалке уменьшается использование рук оператора, что улучшает гигиеническое состояние продукта. Также снижается бактериальная обсемененность за счет уменьшения числа операций.

Машинная обвалка бараньих и говяжьих туш имеет много преимуществ. Она будет способствовать расширению этого сектора рынка и даст дополнительный доход с помощью увеличения выхода и сокращения расходов на обработку. Требования потребителей к качеству мяса легче удовлетворить при использовании преимуществ лучшего товарного вида и стабильности продукта, получаемых при машинной обработке. Улучшение гигиенического состояния и удлиненна срока хранения при машинной обработке увеличивает жизнеспособность этого расширяющегося рынка.

Безопасность на рабочем месте очень важна. Поэтому снижение риска травматизма для обвальщиков при использовании хорошо сконструированных машин является значительным преимуществом.

Кроме того, механизация обвалки приведет к снижению себестоимости продукта, а так как себестоимость продукта является одним Из важнейших факторов, влияющих на прибыль в обратной зависимости, то результатом этого будет увеличение прибыли предприятия, что положительно скажется на его производственно-хозяйственной деятельности.

Все эти преимущества говорят в пользу механизированной обвалки, которая . является в настоящее время одной из ступеней развития мясоперерабатывающей отрасли.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка теоретических и экспериментальных основ для создания машин и механизмов по обвалке мяса.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- разработка технологической схемы обработки гу1яса;

- выбор способов резания и обвалки мяса по разработанной схеме;

- решение задач по определению силы отрыва соединительной ткани от кости;

- экспериментальное определение силы отрыва соединительной ткани от кости и параметров, влияющих на ее величину;

- разработка предложений по конструкции рабочих органов машин для обвалш.

Объекты исследований. В качестве объектов исследования использовались ребра крупного рогатого скота в незамороженном виде.

Научная новизна. На базе предложенного процесса отделения мышечной ткани от кости по границе раздела мышечная ткань-кость путем разрыва соединительной ткани обоснована возможность машинной обвалки грудной части туш крупного рогатого скота; анализ позволил теоретически определить силу отрыва, границы изменения скорости и угла отделения, установить факторы, влияющие на силу отрыва. В экспериментальных исследованиях установлена зависимость силы отрыва от скорости и угла отделения; по результатам экспериментального определения силы отрыва выполнено обоснование геометрических параметров рабочих органов.

Практическая ценность работы. Экспериментальные и теорётические исследования создали основу для разработки и расчета устройств по обвалке грудной части крупного рогатого скота.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на научно-технической конференции к 65-летию МГУПБ "Теоретические основы положений расчета процессов и аппаратов пищевых производств" /Москва, 1996/, на 2-ой Всероссийской научно-теоретической конференции "Прогрессивные, экологически безопасные технологии хранения и комплексной переработки сельхозпродукции для создания продуктов питания повышенной пищевой и биологической ценности" /Углич, 1996/

Публикация результатов исследования. По теме диссертации опубликованы 3 работы.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и списка использованной литературы.

Работа изложена на ¿-^страницах машинного текста, содержит 5*таблиц, рисунков и & приложений.

Библиография включает наименования литературный

источников российских и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Введение знакомит с актуальностью темы диссертационной работы, обосновывается ее научное и практическое значение для мясоперерабатывающей промышленности.

В первой главе дан обзор и анализ тенденций производства мяса говядины, показана актуальность совершенствования технологических процессов и разработки новых видов изделий высокого качества с целью наиболее полного и разностороннего удовлетворения потребительского спроса путем ускоренного производства полуфабрикатов и готовых изделий из мяса говядины и баранины на основе комплексной механизации и автоматизации технологических процессов. Анализ разработанного зарубежного оборудования, предназначенного для разделки туш говядины и баранины и обвалки грудной части, позволил выявить наиболее эффективные рабочие органы, проследить тенденцию их развития с целью обеспечения наиболее оптимального выхода ценных частей туши при условии высокой производительности. Однако до настоящего времени не существует универсального оборудования, позволяющего обрабатывать все отруба туши.

На основе анализа литературных источников обоснованы й определены цель и задачи исследования.

Во второй главе на основании анализа обзора литературы разработана классификация обвалки (рис. 1). Далее на основании проведенных исследований была разработана схема разделки крупного рогатого скота и бараньих туш для обвалки грудной части. В результате этого пришли к выводу, что схема разделки для промышленной переработки более удобна для механизации операций разделки и обвалки. Затем проведен анализ структуры соединительной ткани, так как основная трудность при обвалке ребер

сг>

ОБВАЛКА

РУЧНАЯ

МЕХАНИЧЕСКАЯ

ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ПОДВИЖНЫЙ КОНВЕЙЕР ВЕРТИКАЛЬНЫЙ КОНВЕЙЕР

. Рис. 1. Схема классификации обвалки

заключается в ее разрушении. Именно наличие коллагена обуславливает эту трудность. Также здесь приводятся зависимости коллагена от вида мышц, тканей, возраста животных, их упитанности и прочностные свойства различных тканей.

В третьей главе описаны исследования процеса отделения отрывом мышечной и соединительной ткани от кости. Рациональный способ отделения филе от грудины определяется анатомическим строением грудного отдела туш говядины. Литературно-патентный поиск и проведенные экспериментальные исследования позволили определить, что наиболее эффективным является отделение на границе раздела мышечная гкань-кость путем разрыва соединительной ткани. То есть сущность процесса отделения мышечной и соединительной ткани от кости состоит в использовании рабочих органов, типа ножей и скребков, воздействующих на мышечную ткань. Такой способ отделения грудных мышц позволяет обеспечить максимальный выход и высокое качество получаемого продукта. Исследования проводились на разрывной машине с максимальным усилием отрыва 5,0 кН. Для захвата кости и мягких тканей использовались специальные приспособления. Экспериментальное определение силы отрыва мышечной и соединительной ткани от кости проводились при следующих изменяющихся параметрах:

скорость V и угол отделения ОС . Образцы брались из туш говядины, при этом

пределы изменения были следующие: V - от 0,04 до 0,11 м/с; а - от 40° до 75°. Зависимости были определены для бокового слоя ребра говядины, для наружного и внутреннего слоя ребра. График зависимости удельного усилия отделения мышечной ткани от кости для боковой поверхности рёбра от угла отделения при постоянной скорости V = 0,075 м/с представлен на рис. 2. Аналогичные зависимости были получены для наружного и внутреннего слоев ребра говядины. Проведенные исследования поззолили установить зависимости удельного усилия отрыва от скорости отделения для боковой, наружной и внутренней поверхности ребра. График зависимости удельного усилия отделения мышечной ткани от кости для боковой поверхности ребра от

Логарифма скорости при постоянном угле а = 45 показан на рис. 3.

V«**

16,5

8,5

АО 50 60 70 40

Рис. 2. Зависимость силы отрыва боковой поверхности ребра от угла отрыва.

------теоретическая

_экспериментальная

№ в 10,5

9,5 8,5

а Г

1,4 1,8 2,2 2,6

Рис. 3. Зависимость сипы отрыва боковой поверхности ребра от логарифма скорости.

............. . теоретическая

_экспериментальная

ребра.

1 - сипа М=Ру/5'.га , 2 - сипа т = Руд-соаа, 3 - сила Руд

ти оеЬоа.

1 - сила А/ = /Г» ; г - сила = '^Ц;

УД

1,3 0,9

0,5 0И

----1 1 ,, ,

1 нн

1 1 1

1 ,1

40

50

60

70

Рис. 6. Определение оптимального угла отрыва для внутренней поверхности ребра.

1 - сила N = Руд-эт , 2 - сила т = Р^-сОБа. 3 - сила Р.

уд1

гуд

' УЯ ги 10,5 '

"м г^г Чп 1?

Рис. 7. График для определения формулы удельного усилия в зависимости от скорости.

Для определения оптимального угла отрыва были построены зависимости величин Fyfl х sin а = N и Fyfl х cos а = х , для бокового, наружного и внутренних слоев (рис. 4, 5 и 6). Пересечение кривых дает нам оптимальный угол, равный а = 45.

В результате проведенных исследований была получена формула удельной силы отрыва в зависимости от скорости (рис. 7):

Fyfl = Fo + a/b х In V ( 1 )

Для обработки экспериментальных данных был использован метод наименьших квадратов. В логарифмических шкалах уравнение можно определить как F*yfl = а х V* +Ь, где F*yfl = lg Fyfl, V* = lg V, b = Ig B.

После потенцинирования последнего уравнения получаем:

Fyfl = В х V®-

Постоянные определяем по методу наименьших квадратов:

nxE V*iF*vfli - £ V*i х £ F*y

nxS(V¡*f - (Z Vi*)2 * >

b = £ FVai - a x E Vi* (3)

n

где n - количество проведенных замеров;

F'yfii и V*¡ - данные одного замера.

Результаты расчета удельного усилия гри отрыве наружной поверхности ребра в зависимости от скорости приведены в таблице 1..

Таблица 1.

V руд Р*уд=1дРуд (уг V* х Р*уд

0,05 1280 -1,310 3,1072 1,6926 -4,0425

0,06 1290 -1,2218 3,1106 1,4928 -3,8005

0,07 1320 -1,1549 3,1206 1,3338 -3,6040

0,08 1350 -1,0569 3,1303 1,2032 -3,4336

0,09 1380 -1,0458 3,1399 1,0937 -3,2837

0,10 1390 -1,0000 3,1430 1,1430 -3,1430

После подставления значений в формулы (2) и (3) получаем:

-127,8934 + 127,9609

а =--- 0,1782 (4)

46,8366 - 46,518&

18,7516-0,1782{-6,3204)

ь= --Ь- = з 3278 (5)

6

С учетом этого находим конечную зависимость:

Руд =2127-V0,1782 (б)

В результате обработки данных экспериментов быпа получена формула удельного усилия отрыва в зависимости от угла и скорости отрыва:

Рул= Ро"(1+В), где (7)

Сравнение силы отрыва, полученной экспериментально и рассчитанной по теоретическому уравнению показало их адекватность. На основе полученных теоретических и экспериментальных данных о силе отрыва предложена номограмма для определения основных параметров оптимальной скорости отрыва и силы отрыва для обвалки грудной части говядины (рис. 8, 9) для боковой, наружной и внутренней поверхностей ребра. На основании этого можно определить оптимальную силу отрыва боковой поверхности ребра Руд = 9 103 Н/м и оптимальную скорость отрыва V = 0,06 м/с. Аналогично определяем для наружной поверхности ребра Руд = 1,ЗЮ3Н/м, \/ = 0,072 м/с. Для внутренней поверхности ребра - Руд = 1,15 103 Н/м, 0,078 м/с.

Глава четвертая. Дгэна - разработка принципиальной схемы машины. Начальный этап - это разработка технологического процесса для обработки сырья, т.е. разбивка этого процесса на отдельные операции, начиная от разделки и заканчивая обвалкой и жиловкой.

Далее рассматривается ручная горизонтальная и вертикальная обвалка, так как она является основой для разработки рабочих органов.

Рис. 8. Номограмма для боковой поверхности ребра.

/ . о-

"1 ¿А ) л л 1 -»К

Рис. 9. Номограмма для наружной поверхности реЬра.

Проблемой обвалки спинно-реберной части является то, что правая половина спинно-реберной части отличается от левой, так как при распиловке туши на ней остаются остистые отростки спинных позвонков. Поэтому приемы обвалки каждой половины спинно-реберных частей различны.

Спинно-реберную часть обваливают двумя основными способами. Сначала срезают мясо с внешней стороны ребер и остистых отростков спинных позвонков, а затем вырезают межреберную мускульную ткань и зачищают спинные позвонки. После отделения мяса на поверхности остистых отростков спинных позвонков остаются небольшие прирези мяса (тонкий слой). Мясо срезают с поверхности каждого ребра с правой стороны, потом с поверхности ребра и на третьем этапе - с левой стороны ребра. Далее вырезают межреберное мясо в сочленении ребер с позвонками.

Кости тщательно зачищают от мяса. На поверхности ребер с внешней и внутренней стороны после обвалки допускаются незначительные прирези мяса в виде тонкой пленки. Головки должны быть полностью очищены от мяса. После обвалки допускается наличие тонкого слоя на головках ребер, сосцевидных отростках и позвонках.

У левой спинно-реберной части нет остистых отростков позвонков. Поэтому исключается операция отделения затылочно-остистой связки от остистых отростков и зачистки их от мяса. Для левой половины вначале зачищают диафрагму. Затем срезают мясо с одной трети поверхности ребер. После срезают большую спинную мышцу с позвоночником. Межреберную мышечную ткань вырезают после этого.

Как видно из сказанного выше, этот способ достаточно сложен и трудоемок, требует большого физического труда, к тому же существует достаточно высокий риск получения травмы. Однако некоторые операции можно использовать при разработке рабочих органов. Еще одна разновидность обвалки - обвалка мяса в вертикальном положении в полутушах. Она имеет ряд преимуществ по сравнению с обвалкой отрубов в горизонтальном положении, так как исключаются порезы мышц, увеличивается выход крупных полуфабрикатов, снижается трудоемкость труда обвальщиков, повышается производительность труда, улучшается санитарное состояние мяса и производства вследствие отсутствия контакта с поверхностями стола и лен1ы

конвейера, следовательно, при разработке рабочих органов такж< целесообразно использовать некоторые методы ручной вертикальной обвалки.

Далее в этой главе определены рабочие органы машины для обвапм спинно-реберн'ой части, которые обуславливают качество готовой продукции габариты и металлоемкость конструкции, энергоемкость и надежность Bcei машины.

Рабочие органы зависят от параметров обрабатываемой части туши, < которой они взаимодействуют во время процесса обвалки. Это длина, ширин; и высота подающего конвейера, длина и ширина зажима каретки, ширина к высота направляющей, длина и ширина ножей, расстояние межд; неподвижными и подвижными ножами.

Величина этих параметров обуславливается характером взаимодействт соответствующих органов машины с отрубом говядины в процессе отделениз мяса от кости и размерами определенных частей туши говядины.

Размер ножа должен быть минимально 200 мм из расчета что рзберна! коробка делится на три части, по 4 ребра на каждую.

Ход каретки и длина ребра примерно 500 мм.

Перемещение ножа в вертикальной плоскости 150 мм.

При отделении мясной части от кости часть говяжьего отруба зажимаете; на каретке и перемещается вдоль со скоростью мимо ножа, который делае' отметки на остистой части позвонков и скребкового ножа, который удаляв' филейный край от ребер.

Говяжьи туши распиливают по центру позвоночника, в результате чек получаются две отдельные части одного и того же животного.

Машина будет . обрабатывать одну левую и одну правую част* одновременно. Части могут быть не от одной туши, при необходимости може1 быть обработана отдельная часть.

Каждая часть говяжьего отруба помещается на.длинный гибкий Kycoi пластиковой поверхности, который поддерживает нижнюю часть отруба Распиленная часть (центральная) спинного хребта располагается на пластине на стороне каретки. Зажимы с шипами плотно удерживают отруб на пластине.

~ Когда оба отруб? згокзты на своем месте, начинается цикл обвалки Затем поднимается следующий отруб, готовый для загрузки, когда кареткг возвращается.

Когда цикл начинается, пластиковый стол сдвигается под' отрубом, вгибаясь так, что он точно соответствует очертаниям костей и слегка изгибает IX вверх. Каретка затем проносит говяжьи отруба мимо двух ножей. Первый гаж надрезает остистые отростки, и верхнюю часть сустава.

Второй нож следует точно за первым ножом. Нож имеет искривленную юверхност'ь, которая заканчивает разрезание верхней части суставов и родолжает движение вниз сбоку суставов.

Скребковый нож завершает надрез около суставов и снимает филейную юкромку с ребер. Филейная покромка спадает со стороны скребка на стол или онвейер, в то время как кость продблжает находиться внизу каретки. Кость ;ыбрасывается, как только каретка возвращается, готовая для повторной агрузки.

На скребке делается скашивание для предотвращения его вонзания .

Говяжьи отруба снимают с конвейера (рис. 10). Филейная покромка и ости падают на короткие конвейеры с каждой стороны машины и уставляются на стол в конце для жиловки и удаления межреберного мяса. !атем помещают конечные продукты на конвейеры, которые ведут на упаковку I переработку.

1. Конвейер для кости. 3. Стол для жиловки.

2. Конвейер для мяса. 4. Подводящий конвейер.

ВЫВОДЫ

1. При обзоре и анализе литературы установлено, что задача определения силы отрыва мышечной и соединительной ткани от кости не решена. Решение этой задачи необходимо для расчета сил сопротивления органов машины и рабочих органов.

2. На базе предложенной модели процесса отделения мышечной ткани от кости по границе раздела мышечная ткань - кость путем разрыва соединительной ткани обоснована возможность машинной обвалки 'грудной части туш крупного рогатого скота и баранины.

3. Анализ модели позволил теоретически определить силу отрыва, границы •измерения скорости и угол отделения, установить факторы, влияющие на силу отрыва.

4. Экспериментальным путем установлена зависимость силы отрыва от скорости и угла отделения.

5. На союзе теоретических и экспериментальных данных предложен £ номограмма для определения исходных параметров.

'6. Обоснованы~"Ьгтшальные конструктивные размеры рабочих органов и разработана принципиальная схема машины.

По теме диссертации были опубликованы следующие работы:

1. Ивашов В.И., Бишарат А.Ф. Современные тенденции механизации обвалки мяса. - М.: Мясная индустрия, 1996.- N6.

2. Ивашов В.И., Бишарат А.Ф. Сила отрыва мышечной и соединительной ткани от кости.- М.: МГУЛБ - 1996 г.

3. Ивашов В.И., Бишарат А.Ф. Процессы для механизации обвалки, отвечающие требованиям качества мяса.- г.Углич: 1996 г.