автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Разработка укупорочных средств для нестерилизуемых пищевых продуктов в стеклянной таре

р Г Б ОД

, 5 ден 1398 На правах руко"су

Ватренко Олександр Віталійович

РОЗРОБКА ЗАКУПОРЮВАЛЬНИХ ЗАСОБІВ ДЛЯ ХАРЧОВИХ ПРОДУКТІВ У СКЛЯНІЙ ТАРІ, ЯКІ НЕ СТЕРИЛІЗУЮТЬСЯ

Спеціальність 05.18.12 - процеси та апарати харчових

виробництв

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Одеса - 1996

Дисертація е рукопис.

Робота виконана в Одеській державній академії харчових

технологій

кандидат технічних наук, доцент

Науковий керівник Офіційні опоненти

Провідна організація:

Котельнаков Анатолій фєофанович

1. Доктор технічних наук.професор Остапчук Микола Васильович

2. Доктор технічних наук, старший науковий співробітник Верхівкер Яків Григорович

Відкрите акціонерне товариство Одеський консервний завод дитячого харчування

Захист відбудеться "2.1 " исее/РШї& 1996 р. о "10 годині

на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 05.16.01 при Одеській державній академії харчових технологій, 270039, м. Одеса, вул. Канатна, 112 (ауд. А-234). .

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Одеської державної академії харчових технологій.

Автореферат розіслано " 1996 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради доктор технічних наук, професор

Б.В.вгоров

з

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність. У виробництві майонезу, меду, соусів, приправ та інших видів продукції, яка не підлягає стерилізації, широко використовуються скляні банки типу 1-58, які закупоршться"криш-ками металевими для банок з вінчиком горловини типу Г'шляхом обкатування .

Більшість з перелічених продуктів, особливо майонез, мають обмежений строк зберігання - від 7 діб до І місяця. Щільність закупорки подібних продуктів, на відміну від консервів, не викликає особливих вимог. Важливою умовою під час зберігання і транспортування закупореного продукту є виключення самовільного розкриття тари та забезпечення збереження продукту протягом визначеного строку зберігання.

Для закупорки банок типу І використовується традиційний закупорювальний засіб - металева кришка з гумовим герметизуючим кільцем. Як відомо, для виготовлення таких кришок використовується біла жерсть - порівняно дорогий та дефіцитний таропакувальний матеріал. Проблема дефіциту білої жерсті в Україні особливо актуальною стала після здобуття країною незалежності, оскільки всі за-води-виробники білої жерсті залишились в Росії та Казахстані.

В умовах дефіциту жерсті більш гостро постала проблема заміни жерсті на більш доступні матеріали. З іншого боку, у зв’язку з появою на ринку України великої кількості імпортованої продукції, не завжди звичної смакам нашого споживача, і яка не підлягає стерилізації, але в тарі, яка відповідає високим споживчим властивостям, виникло питання про покращення вітчизняної тари. Як відомо, закупорка типу І має високе зусилля відкриття, а після розкриття деформована кришка не дозволяє повторно закривати банку, таким чином у цілому тара має низькі споживчі властивості.

З урахуванням викладених обставин, розробка закупорювального засобу, який легко розкривається, може стати важливим кроком у розв’язанні проблеми створення вітчизняного закупорювального за собу для харчових продуктів, які не підлягають стерилізації.

Мета і задачі досліджень. Мета роботи - розробка, наукове об грунтування конструкції і складу полімерного легко-розкриваемого закупорювального засобу для закупорки харчових продуктів, що не стерилізуються (ХПН) в скляних банках типу І, який забезпечив би здійснення процесу машинної закупорки банок.

Поставлена мета визначила такі задачі досліджень:

- розробити конструкцію затвору на основі скляних банок типу І та поліетиленових кришок;

- дослідити геометричні параметри скляних банок типу 1-58;

- розробити методику контролю закупорювальних засобів нежорст-кої конструкці ї;

- отримати математичні залежності для розрахунку елементів затвору на міцність та обгрунтувати їхні розміри;

- визначити оптимальні механічні властивості матеріалу полімер ного закупорювального засобу;

- дослідити умови процесу закупорки та визначити конструктивні й технологічні параметри механізму закупорки;

- розробити гнучку технологію закупорки банок типу І, яка може переналагоджуватись;

- провести виробничі і транспортні випробування тари, що пропо нуеться, для перевірки працездатності затвору та закупорювального устаткування, якості закупореної продукції та надійності закупори

Наукова новизна роботи полягає:

- за допомогою розробленої математичної моделі напружено-дефор мованого стану затвору визначено конструктивні параметри затвору, який складається з поліетиленової кришки й скляної банки;

- у визначенні параметрів процесу закупорка скляних банок типу І поліетиленовими кришками;

- визначено оптимальні властивості матеріалу полімерних кришок.

Практична цінність роботи полягає у розробці легкорозкривае-

мої полімерної кришки для закупорки продукції, що не стерилізується. Запропоновані кришки мають нижчу вартість, дають можливість зменшити залежність підприємств від імпорту жерсті та здійснювати виробництво кришок з матеріалу, котрий виробляється в Україні,при одночасному підвищенні якості тари.

Впровадження результатів роботи. Кришки широко випробувані для закупорки майонезу на підприємствах України та Росії, у тому числі на Одеському комбінаті харчових концентратів, Овідіопольсь-кому заводі продтоварів, Харківському жиркомбінаті, Євдаківському жиркомбінаті, Київському маргариновому заводі. Вироблені дослідні промислові партії майонезу, закупорка яких здійснювалась на модернізованих закатувальшх машинах у режимі гнучкої переналагоджував-мої технології закупорки. Кришки виготовляються малим підприємством "Онікс" при Одеському заводі технологічного устаткування Укоопсоюзу.

Апробація роботи. Основні результати роботи доповідались на щорічних науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу та наукових співробітників ОДАХТ у 1993, 1995 рр., на Міжнародній науково-технічній конференції "Розробка та впровадження нових технологій та обладнання у харчову та переробну галузь АПК" (м. Київ, 1993 р.).

На захист виносяться такі наукові положення, що отримані особисто автором:

І. Напружено-дєформований стан затвору, що складається з поліетиленової кришки й скляної банки, подано у вигляді моделі складених тонкостінних оболонок.

2. Оптимальні або близькі до них механічні властивості матеріалу для виготовлення поліетиленових кришок має суміш 80 % поліетилену низької густини (ПНГ), 20 % поліетилену високої густини (ПВГ).

Публікації. Основний зміст дисертаці ї викладено в 7 друкованих роботах та двох авторських свідоцтвах на винаходи.

Структура та обсяг робота. Дисертація складається із вступу, чотирьох глав, висновків і додатків. Робота викладена на 93 сторінках машинописного тексту, містить 60 рисунків, II таблиць, список літератури з 84 джерел, з яких ІЗ роботи іноземних авторів.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність роботи, сформульована метг та задачі досліджень.

У першій главі подано стислу характеристику ХПН та факторів, які забезпечують їх збереження. Розглянуті також конструюй ї класифікованих закупорювальних засобів для скляної тари.

Проведено аналіз основних способів здійснення процесу машинної закупорки скляної тари, на основі якого встановлено, що найбільш технічно досконалим та економічно ефективним, а також таким, що враховує специфіку пакування ХПН є натискний спосіб закупорки. Йому притаманні найбільш проста технологія закупорки, знижений бій скляної тари в процесі закупорки, а закупорювальні засоби мають високі споживчі властивості.

В результаті аналізу конструкцій закупорювальних засобів для скляної тари та наявності видів скляних банок показано, що для закупорки ХПН доцільно розробити полімерний закупорювальний засіб, який легко розкривається, без ущільнюючої прокладки для банок типу І, а закупорку здійснювати натискним способом.

За матеріал для виготовлення полімерних кришок доцільно використати поліетилен, оскільки, він дозволений Міністерством охорони

здоров’я для контакту з харчовими продуктами, достатньо піддатливий та пружний для здійснення натискного способу закупорки і для виготовлення закупорювальних засобів без ущільнюючих прокладок.

Крім того, поліетилен - це найбільш доступний та недорогий полімерний матеріал, який виготовляється в Україні.

Показано, що деякі особливості конструкції, міцності, складу поліетиленових кришок, машинної закупорки скляних банок недостатньо встановлено і науково не обгрунтовано. Аналіз літературних джерел дозволив сформулювати мету та визначити завдання досліджень.

У другій главт описано основний зміст та методика експериментальних досліджень, лабораторні стенди, спеціальні вимирювалый пристрої, планування експерименту й статистичні методи обробки експериментальних даних та результатів вимірів.

Приведені методика контролю геометричних параметрів закупорю- , вальних засобів нежорсткої конструкці ї і методика визначення жорсткості поліетиленових кришок. Наведено статистичні критерії, які використовували при обробці експериментальних досліджень.

За базові об’єкти досліджень прийнято поліетиленові натискні кришки, скляні банки типу 1-58 та утворений ними затвор. Всього було досліджено чотири різних за складом варіанти кришок.

У третій главі обгрунтована модель деформаційної поведінки поліетиленової кришки, проведено аналіз навантажень, які сприймаються кришкою, на основі чого складена математична модель затвору.

Поведінка поліетилену під час деформації не повністю підпорядковується закону Гука, тому були розглянуті його реологічні властивості. Поліетилен є частково кристалічним полімером. Кристалічний компонент у його складі забезпечує жорсткість та міцність, а аморфний - пружність. При кімнатній температурі поліетилен твердий та має всі типові характеристики для низькомолекулярних речовин.

В'язкопружні властивості поліетилену в розтягнутому стані при постійній деформації обумовлюють релаксацію напруження, що добре описується модедею Максвела. Напруження, яке виникає в тілі Максвела при розтягуванні, визначають за формулою:

де: <о - залишкове напруження,Па;6^- початкове напруження,Па; £ - модуль Юнга, Па; П1 - в’язкість тіла Максвела, ІІа-с;

Під час постійного напруження в розтягнутому зразку виникав повзучість, яка описується моделею Кельвіна. У випадку нашого затвору кришка з натягом сидить на горловині банки, тобто знаходиться в розтягнутому стані при постійній деформації, що узгоджується з моделей Максвела. Згідно моделі Максвела початкове напруження бо відповідає пружній деформації у межах закону Гука.

Прототипом для дослідження напружено-деформованого стану затвору взяли такий, що складається з відомої поліетиленової кришки та скляної банки типу І.

Стосовно затвору, що містить запропоновану кришку, процес закупорки було розбито на два етапи деформування кришки. На першому етапі, коли буртик кришки проходить по кантику горловини банки, виникай максимальна деформація стінки кришки та максимальне напруження в ній (рис.І). Коли затвор защіпається наступає другий етап деформування. Деформація і напруження, які виникають при цьому, менші, ніж на першому етапі.

У перетині А-А на рис.І показано, що кришку спочатку подано у вигляді циліндру, що знаходиться під внутрішнім тиском, та визначали еквівалентне напруження в ньому. При цьому в стінці циліндра виникає колове розтягуюче напруження (5^. та радіальне стискуюче напруження *Ог . По задачі Ляме при малій товщині циліндру,тоб-

( І )

Ь - час, с.

то тоді, коли 3 значно менше С :

• в“. < 2 >

бг(г*с)=-р, (Ґг(г«Г0 ’ ®а'

де: р - тиск усередині циліндру, Па; Г - радіуе, м.

За теорією найбільш дотичних напружень (при відсутності пря-мовісної сили);

^5*е<в ^ р ^ * ^а* ( з )

Потім затвор у перетині А-А на рис.І представили моделе® складених труб. В складених трубах після посадки радіуси контактуючих циліндрів змінюються.

В нашому випадку внутрішній радіус кришки збільшується до величини зовнішнього радіусу горловини банки, в кришці виникає додатне зміщення, величина якого дорівнює натягу А (рис.2), а радіус горловини банки залишається незмінним.

Між елементами затвору виникав контактний тиск рк (рис.З).

З урахуванням рк рівняння (2) перетворюється в рівняння;

Т ’ Па’ ( 4 }

а рівняння (3) перетворюється в рівняння;

<Эеке^Рк~§- .Па. (5)

За задачо» Ляме на основі узагальненого закону Гука визнача-

“ Р* “ г, - *Е(Вг-Сг) , (

)сі+СЩВі] ■Иа’

де: £ - модуль Юнга, Па; ^\л - коефіцієнт Пуассона.

Підставивши вираз (6) у рівняння (5) отримали залежність еквівалентного напруження в стінці кришки, яку прийняли за математичну модель: , . ,

г ~ В^Е(Вг~С*)

ЄекеГ Тср^дОсЧ^ГуіЩ • иа* ( 7 }

0*еК8 дорівнює Сз з рівняння (І):

І

Рис. 2. Внутрішнє коло кришки до закупорки та на першому етапі деформування. Ґ - внутрішній радіус кришки до закупорка, Д - натяг на першому етапі деформування, С. - внутрішній радіус кришки на першому етапі деформування, Я - зовнішній радіус кршни до закупорки.

СГ,=-рк

С

Рис. 3. Епюри зміни колового та радіального напружень товщиною

контакт-

стінки кришки на першому етапі деформування. | ний тиск, С - внутрішній радіус кришки, 0 - зовнішній радіус кришки, 5 - товщина кришки.

0,35

«і

0,3

0,2

0,1-

' 35 -Щ ЗО -

О ■ -

СІК, мм

57,4

57,6

57,8

58,0

58,2

58,4

58,6

Рис. 4. Гістограма розподілення діаметрів горловин банок, яка представляє емпіричну щільність імовірності.

\f\Zj- вміст вимірювань у _/-му інтервалі при обсязі виборки п = 200, %, частість, частота

(число вимірювань у J -му інтервалі).

Порівнявши значення (5^в з межою міцності поліетилену цри розтягуванні можна визначити умову міцності на першому етапі деформування кришки. На другому етапі деформування (5^в також визначається за формулою (7) з відповідною заміною радіусів контактуючих елементів затвору.

Для обгрунтованого вибору розмірів кришки, погодження їх з розмірами банки та базовими розмірами робочих органів механізму закупорки, проводили вимірювання горловини банок типу 1-58. Результати вимірів подано у вигляді гістограми розподілу діаметрів горловин банок по кантику, яка одночасно представляв собою графічну оцінку щільності імовірності або емпіричну щільність імовірності (рис. 4).

Розробку конструкці ї кришки починали з розробки конструкці ї затвору. Виходячи з конструкції вінчика горловини банки типу І було прийнято защіплюючий затвор. Вибір типу затвору дозволив розробити його конструкцію та загальну конструкцію кришки. Розміри кришки, що сполучаються з горловиною банки, задавали з використанням результатів досліднення горловин банок.

Було розроблено два варіанти ущільнення затвора. За першим варіантом ущільнення здійснювали по лінії кантика горловини банки, за другим варіантом - по циліндричній поверхні під кантиком. Однак у подальшому з’ясувалось, що в процесі закупорки закупорювальний патрон, який має значно меншу елі пеність ніж горловина банки, часто вдавлює бокову поверхню кришки в кантик банки, вибираючи, таким чином, еліпсність горловини та можливі виступи шва на кантику, чим сприяє кращому ущільненню кришки. Крім того,ущільнення затвору по лінії краще ніж по циліндричній поверхні, оскільки при рівних площах контакту елементів затвору, що сполучаються, та рівних значеннях натягу А воно забезпечує більш щільну заку-

• порку за рахунок вдавлювання кантика банки у внутрішню поверхню боковини кришки. Тому для подальшого упровадження у виробництво було обрано перший варіант (рис. 5).

З використанням математичної моделі затвора обгрунтовано геометричні параметри елементів затвора. Розраховано варіант кришок,

, який складається із суміші 80 % ПНГ, 20 % ПВГ. Межа міцності суміші при розтягуванні визначалася як середньо зважене значення суми меж міцності ПНГ та ПВГ за формулою:

Рис. 5. Ущільнення затвора між кантиком горловини та внутрішньою поверхнею боковини кришки;

5 - зазор.

Розрахунок затвора при заданому натягу показав на першому та другому етапах деформування відповідно:

де її - вміст ПНГ в суміші, %; “ межа міцності ПНГ при роз-

тягуванні, МПа; т - вміст ПВГ в суміші, %; (5^ - межа міцності ПВГ при розтягуванні, МПа.

межа

Є*ВГІ2,7МПа< 15,7 МПа, <Зад>г=^МЛа^ (5,7МПа.

Таким чином, умова міцності кришки не порушується.

Для розрахунку тари на міцність закупорки визначили тиск про-^ дукта на кришку в перевернутій догори дном тарі з перенавантажен-еям у чотири прискорення вільного падіння за формулою:

Р'=^дН /Па,

де - густина майонезу, кг/м3; ^ - прискорення вільного падіння, м/с2; Н - висота наповнення банки продуктом, м.

Порівнюючи Рр = 0,003 МПа з мінімальним тиском зриву кришки РЗр = 0,084 МПа, при експериментальному визначенні міцності закупорки тари, для кришки, виготовленої із суміші 80 % ПНГ, 20 % ПВГ

0,003 МПа < 0,084 Ша видно, що запропонована тара має міцність закупорки достатню для запобігання самовільного витікання продукта під час транспортування та зберігання, що підтвердилось у подальших транспортних випробуваннях.

Для спрощення упровадження запропонованих кришок на підприємствах була розроблена гнучка технологія закупорки, яка може переналагоджуватись. Вона дозволяє експлуатувати закатувальні машини марок Б4-КЗК-75, Б4-КЗК-І09 та інші як у режимі закатування банок металевими кришками, так і в режимі закупорки поліетиленовими кришками. .

Відпрацювання конструкції закупорювального патрона здійснювалось на експериментальні й установці. Закупорка плоским патроном дала погані результати - з’ясувалось, що боковина кришки не має достатньої жорсткості. Зусилля закупорки було перенесено в зону затвора використанням циліндричного патрона. Закупорка дала в цілому непогані результати, але зусилля закупорки було досить високим - 350...400Н, та інколи траплялось недозакупорювання. Нарешті було розроблено циліндричний патрон з випуклістю по центру, закупорка яким дала непогані результати. Була визначена силова харак-

теристика процеса закупорки, вона дорівнює 186 і 20 Н.

В режимі закупорки банок запропонованими наш кришками в конструкцію окремих механізмів закатувадьяоі машини були внесені такі зміни. В механізмі подачі і надівання кришок направні замінялись новнш, штатний магазин кришок замінювали ва новий. У механізмі закатуванші знікали штатні закатувальні патрони, закатувальні ролики та вакіді . На,місце закатувальних патронів встановлювали нові. Всі механізми, які заміняли, виготовлені за навики кресленнями.

Машина в режимі закупорювання працює таким чином. Подаваема механізмом подачі банка а кришко» встановлюється на підтискуючому столі і притискується до нього вшнтовхувачем. Потім підтискуючий стіл піднімається вгору, фіксує банку з кришкою в закупорювальному патроні і здійснюється закупорка. Процес закупорки здійснюється в один захід і суміщається з рботою підтискуючого столу.

За результатами промислових випробувань, проведених в ряді підприємств, була доведена принципова можливість використання існуючих закатувальних машин типу Б4-КЖ-75, Б4-КЗК-8Э та інших для закупорки банок типу І поліетиленовими кришками у режимі гнучкої технології закупорки, що переналагоджується.

Результати транспортних випробувань у рі зномані тних видах транспортної тари, з різним положенням банок всередині тари, показали належну надійність та якість закупорки. Самовільного витікання продукту з тари не спостерігали.

Під чао випробувань була виготовлена дослідна партія майонезу. Контрольні і дослідні зразки були закладені на зберігання. За результатами біохімічних досліджень зразків, закладених на зберігання, було стверджено, що якість майонезу по всім показникам, у тому числі по масових частках жиру і вологи, кислотності, стійкості емульсії, pH середовища, смаку, запаху, кольору, в дослідних

банках не відрізнялись від контрольних, що закупорені металева-нн кришками.

У четвертій главі подано методику розробки математичної моделі оятюйзаці І ноіаяічніпс властивостей полімерних кришок.

Задача була составлена таким чином. До :щ і льно с ті тари для ХШ на відміну від консервів особливих вимог не висувається. Важливою умовою при транспортуванні та зберіганні продукції б виключення самовільного розкриття банок та забезпечення збереження продукту протягом строку зберігання.

Отже стояло завдання створення тари, яка виключає самовільне розкриття банок під час транспортування продукта та придатної для зберігання продукта протягом встановленого строку. Збереження продукції, що не стерилізується, забезпечується дією хімічних та фізичних факторів.

З іншого боку, ХШ мають свою специфіку в споживанні та упаковуванні. Більшість з них споживаються, як правило, порціями протягом декількох днів або тижнів. Тому закупорювальні засоби для таких продуктів повинні мати властивості багаторазового відкривання і закривання банок. При цьому кришки повинні забезпечувати легкість відкриття, яка дозволяла б споживачеві легко відкривати та закривати банку.

Запропоновані криши виготовляються із поліетилену. Тому окремі варіанти кришок можуть бути виготовлені з ПНГ, ПНГ або із суміші ПНГ з ПВГ. Усі перелічені варіанти кришок можуть мати різні механічні властивості. Потрібно було визначити оптимальні механічні властивості матеріалу кришок, який би забезпечив сполучення міцності закупорки та легкості відкриття. .

Було отримано задачу в двома вихідними параметрами: міцністю закупорки та легкістю відкриття. Між ними відсутній лінійний зв'язок, тому зменшити число вихідних параметрів не вдалось. Таким чи-

ном, за параметри оптимізації були взяті міцність закупорки та легкість відкриття.

Міцність закупорки вимірювали манометром та позначали У^.

Оскільки для визначення легкості відкриття не існує спеціального приладу, то скористались ранговим підходом і закупорену банку відкривали вручну. Оцінювали легкість відкриття в балах та позначили її у2.

Склалась ситуація, коли треба було два параметри узагальнювати в єдиний узагальнений параметр оптимізації. Узагальнений параметр отримали за формулою:

На міцність закупорки впливають такі фактори: геометричні параметри банки та кришки, жорсткість кришки. При дослідженні діаметрів горловин банок для експерименту було відібрано по чотири банки з максимальними і мі ні вальними діаметрами горловин по кантику.

Усі варіанти кришок були виготовлені на одній диттевій формі, а для визначення міцності закупорки та легкості відкриття використовувались одні й тіж банки. Різниця між внутрішніми діаметрами кришок за литтевою формою склала 0,05 мм. Таким чином, сумарний вплив коливань розмірів формокомшіекту литтевої прес-форми і міри усадки матеріала кожного варіанта кришок на величину діаметра кришки незначний.

Жорсткість кришок залежить тільки від модуля пружності їх матеріалу. Оскільки кожний варіант кришок виготовлено з певного матеріалу, який мав свій постійний модуль пружності, то кожний варіант має свою незмінну жорсткість.

( 8 )

де Уиі~ значення ІС- го параметру в і -му досліді; Уио - найкраще "ідеальне" значення и. -го параметру.

Фактором, що вшшваа на міцність закупорки, було прийнято діаметр гордовини банки Інші параметри підтримували на постійному рівні.

На легкість відкриття впливають ті ж фактори, що й на міцність закупорки. Тому фактором, що впливає на легкість відкриття також було прийнято діаметр горловини банки ОІ^. Інші фактори за тими к причинами підтримували на постійному рівні.

Для визначення впливу релаксації напружень у поліетиленовій кришці пі сля. закупорки скористались формулою Мак-Леода для визначення зазшксшх напружень:

б^)~б0('}+-^уС°. Па, ( 9 )

де (5*0- початкове напруження, Па; Ь - час, год;

- константа, год; Ш - константа.

За формулою ( 7 ) визначали початкове напруження. За формулою ( 9 ) визначали залишкове напруження та будували графіки релаксації для досліджуваних варіантів кришок.

Як показали криві релаксації, в перші хвилини після закупорки напруження в кришках різко знижується, однак через 1,5...2 години криві напруження вирівнюються й починають наближатись до асимптот. До проведення досліджень банки після закупорки витримували 1,5 години.

Для графічної інтерпретації моделі оптимізації властивостей матеріалу кришок скористались тим, що кожний варіант кришок має свою жорсткість.

Для побудови графіка взяли чотири експериментальні точки. У нашому випадку, щоб отримати експериментальну точку треба було виготовити будь-який визначений варіант кришок і поставити дослі. Чотири точки було обрано за принципом випадкового вибору деякої кількості матеріалів та визначення параметрів оптимізації для ш

припустивши, що серед цих матеріалів трапиться оптимальний або близький до нього. З точки зору виробництва кришок задовільною була відносно невисока точність рецептури матеріалу: - 5 % ПВГ.

Щоб отримати повну картину розподілу узагальненого параметру оптимізації були взяті дві крайні точки: матеріали 100 %

ПНГ та 100 % ПВГ, що характеризують границі області визначення жорсткості поліетилену в цілому. Дві інші точки були взяті інтуїтивно, передбачаючи область знаходження оптимального матеріалу. Це точки 50 % ПНГ, 50 % ПВГ та 80 % ПНГ, 20 % ПВГ.

За результатами експериментів по визначенню міцності закупорки і легкості відкриття для усіх варіантів кришок будували графіки залежності цих параметрів від жорсткості різних варіантів кришок для верхнього і нижнього рівнів фактора .

Отримавши ці залежності, перерахували координати точок частинних параметрів Уд- та У2 у безрозмірному вигляді та будували залежності безрозмірних параметрів і І ~<Уг.о\2,

' У/0 / \ 0*2,0 /

від жорсткості варіантів кришок для верхнього та нижнього рівнів фактора.

Отримавши ці залежності, будували залежні сть узагальненого параметра У за формулою (8) від жорсткості варіантів кришок для обох рівнів фактора (рис, 6). По мінімальному значенню узагальненого параметра та жорсткості варіанта кришок, який йому відповідає, визначили оптимальний за властивостями склад матеріала кришок.

Як видно з графіка (рис, 6), мінімальне значення відповідав жорсткості суміші 80 % ПНГ, 20 % ПВГ. Таким чином, ця суміш е оптимальним, або близьким до нього за властивостями матеріалом для виготовлення запропонованих кришок.

Промислові випробування варіантів кришок, виготовлених з

100 % ПНГ та 80 % ПНГ, 20 % ПВГ, показали, що останній варіант

кришок завдяки підвищеній жорсткості сприяє більи надійній роботі транспортної систем подачі кришок, усуває заклинення кршок в направляючих та в цілому сприяє підвищенню надійності роботи закупорювальних машин.

Рис. 6. Залежність узагальненого параметру оптимізадії від жорсткості варіантів кришок:

І - максимальний діаметр банки, 2 - мінімальний діаметр банки, Б - модуль Юнга.

Річний економічний ефект від застосування полиетиленових кришок для закупорки майонезу в банках 1-58 на одну закупорювальну

машину складе у цінах на 01.05.1996 року 29915 шш.крб.

ВИСНОВКИ ТА РЕКОМЕНДАЦІЇ

1. Доведено, що для закупорки ХПН в скляних банках типу І можна використовувати поліетиленові кришки з марок харчового поліетилену, що легко відкриваються, замість металевих.

2. Найбільш прийнятною для скляних банок типу І е конструкція заїціплюемого затвору. Крищка защіпається під кантик горловини банки, що розташований на вінчику горловини на відстані 3,9_03мм від торцевої поверхні горловини.

3. Запропоноване рівняння для визначення міцності бокової стінки кришки та обгрунтування її геометричних параметрів під час охоплення нею горловини банки, що отримане на основі задачі Іяме, показує, що еквівалентне напруження в боковій стінці кришки залежить від натягу. При цьому умова міцності не. порушується.

4. Кришка містить, головку, юбку та внутрішній кільцевий буртик. Для здійснення гарантованої роботи затвору відношення діаметру кантика горловини ..банки, до діаметру буртика кришки складав

1.011...1.042, відношення відстані від кантика горловини банки до її торця до відстані від буртика кришси до її дінця складає

0,766...0,83. Для здійснення гарантованого натягу відношення діаметра кантика горловини банки до діаметра внутрішньої поверхні

боковини кришки складає 1,001...1,031. Співвідношення отримані з урахуванням дослідження діаметрів горловин скляних банок типа 1-58.

5. Встановлено, що відношення внутрішнього діаметра закупорювального патрона до зовнішнього діаметра головки кришки складав

1.023...1.033. Визначено зусилля закупорки, яке складав 186^20 Н.

6. Визначено оптимальні механічні властивості матеріалу для виготовлення кришок, який складається з суміші 80 % ПНГ, 20 % ПВГ. Даний матеріал має оптимальне сполучення міцності закупорки та легкості відкриття тари.

' 7. При виготовленні кришок упорскування поліетилену в гніз-

до литтевої прес-форми краще здійснювати в одній точці по центру кршки для запобігання утворенню холодного спаю.

8. Якість майонезу, що закупорено поліетиленовими кришками, впродовж строку зберігання не відрізняється від якості майонезу, що закупорений металевими кришками, та відповідає стандарту.

9. Випробування на надійність затвора при транспортуванні, проведені автомобільними та залізничними транспортними засобами у різних видах транспортної тари, показали високу надійність закупорки. Випадки самовільного розкриття тари або витікання продукту не спостерігались.

10. Виробничі випробування по закупорці майонезу на модернізованих закатувальних машинах здійснені на ряді підприємств, підтвердили можливості використання поліетиленових кршок для машинної закупорки майонезу та можливість роботи існуючого устаткування у режимі гнучкої технології, яка переналагоджується.

Основний зміст дисертації опубліковано в роботах:

1. А.с. & 1237894 СССР, ЫКИ й 01 В 5/00. Устройство для конт роля линейных размеров /А. Ф. Котельников, А.В.Ватренко, А.П.Журавлев и др. (СССР). - й 3747533 25-28, заявл. 22.02.84. Опубл. 15.06.86, Бш. Ш 22.

2. А.с. й І5ІП76 СССР, МКй В 65 Ь 41/40. Затвор для стеклянных банок с буртиком /А.Ф.Котельников, А.В.Ватренко, М.П.Ду-пик и др. (СССР). - й 405X938 31-13, заявл. 05.03.86. Опубл. 30.09.89, Бюл. Ш 36.

3. Котельніков А.Ф., Маламен Г.Д., Ватренко О.В. Розробка гнучкої переналагоджувавші технології укупорки скляних банок

-єз. доп. Міян. наук.-техн. конф. "Розробка та впроааднеііня нос технологій і обладнання у харчову та переробну галузі АЖ” їв, 1993. - С.491-492. ■

4. Ватренко О.В., Котельніков А.Ф., Маламен Г.Д. Методика їтролю укупорочних засобів нежорсткої конструкці ї.//Тез. доп.

ш. наук.-техн. конф. "Розробка та впровадження нових технологій >бладнання у харчову та переробну галузі АПК"Дцїв,1993. _ 492-493.

5. Котельников А.Ф., Ватренко А.В. Разработка укупорочного ідства из полиэтилена. /Аез.докл. 53 Науч. конф.ОТИШІ им. Ломо->а. - Одесса, 1993,- С.149.

6. Котельников А.Ф., Ватренко А.В. Укупорочное средство из шэтилена для стеклянной консервной тары типа I и типа ІУ. -(борка разработок Одесского технологического института пищевой їшшіенноети им. М.В.Ломоносова. Вш. I. - Киев: Информагродром, >4.- С. 1-2.

7. Ватренко А.В., Котельников А.Ф. Разработка математической (ели оптимизации состава нажимного полимерного укупорочного сред-іа. /Дез. докл. 55 Науч. конф. ОГАПТ. - Одесса, 1995,- Ч.І.-127.

8. Котельников А.Ф., Ватренко А.В. Основы расчета конструкции симного укупорочного средства./Дез. докл. 55 Науч. конф. ОГАПТ. Ідесса, 1995.- І.І. - С.137.

9. Котельніков А.Ф., Ватренко О.В. Дослідження геометричних іаметрів горловин скляних банок типу І.- Наукові праці ОДАХТ,-;са, 1996. - вип.Іб. - С.205-208.

АННОТАЦИЯ

Ватренко А.В. Разработка укупорочных средств для нестерилизуем пищевых продуктов в стеклянной таре.

Диссертация (рукопись) на соискание научной степени кандидата Texi ческих наук по специальности 05.18.12 - процессы и аппараты пищевых про водств, Одесская государственная академия пищевых технологий, Одесса, 19

Работа содержит результаты теоретических и экспериментальных исс дований процесса укупорки стеклянных банок полиэтиленовыми крышка! осуществляемого нажимным способом. На основании теории тонкостенн оболочек проведено исследование напряженно-деформированного состоя! затвора. Определены его конструктивные параметры и оптимальные свойс материала крышек.

ANNOTATION

Vatrenko А. V. Elaboration of capping facilities for nonsterilized food prodi in glass containers.

The thesis on scientific degree as a candidate of technical sciences speciality number 05.18.12 - processes and apparatuses of food production, Ode State Academy of food technologies, Odessa, 1996.

The thesis is presented in the form of a manuscript.

The work contains the results of theoretical and experimental investigation; capping process of glass containers by polyethylene caps made by pressure metb On the basis of thin wall shell theory has been made investigation of load strained si of closure. The geometrical parameters of closure and the optimum properties of material have been evaluated.

Ключ obi слова: закупорка, натяг, затвор, напруження, жорстысть.