автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Совершенствование механических процессов в линиях для производства изделий из муки

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

РГБ ОД

"9 DIU 1995 На правах рукописи

УДК 664.653.4.05(043.3)

663:661.002.5(013.3)'

ЕРКЕБАЕВ МУРАТ ЖУМАДИЛОВИЧ « *

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЛИНИЯХ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ ИЗ МУКИ

Специальность 05.18.12. • - Процессы, машины t агрегаты

пищевой промышленности

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени достора технических наук

Москва 1995

Работа выполнена в Московской Государственной Академии пищевых производств, Алмаатинском филиале Жамбылского технологического института легкой и пищевой промышленности и в условиях хлебозаводов Москвы и Республики .Казахстан

Научный консультант

Официальные оппоненты

член-корреспондент Российской инженерной Акадедшн,

Заслуженный деятель науки и

техники Российской Федерации,

доктор технических наук, профессор Ю.А. Мачихнн

академик Российской Академии СХН, доктор технических наук, профессор В.А.Панфилов

доктор технических наук, профессор В.Д. Косой

доктор технических наук,

профессор

IO.II. Новокшонов

Ведущая организация

Государственный научно-

исследовательский институт хлебопекарной промышленности.

1995г. в ¿0 час. на Д 063.Л.05 при Московской

Защита состоится "

заседании специализированного- Совета Государственной Академии пищевых производств по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, К, ауд. . С диссертацией можно

ознакомиться в библиотеке МГАПП.

Автореферат разослан оа. //

199 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, доктор технических наук

И.Г. Благовещенский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 1'АЬОТЫ

Актуальность проблемы. 13 условиях глубокой переорпенгапин экономики страны особенно большое -значение имеет рашиие пищевой промышленности. Приоритетным» направлениями увеличения производства продуктов питания становятся эффективное использование перерабатывающей промышленностью сельскохотяйстпенного сырья, совершенствование способов его обработки, хранения н транспортирования

Хлебопекарная, макаронная и кондитерск;ш промышленность должны развипап.ся на основе ускорения научно-технического прогресса н отрасли, усиления взаимодействия пищевых и сельскохозяйственных предприятий и организаций, повышения эффективности производства в условиях рыночных отношений, совершенствования структурной и инвестиционной политики.

Для расширения промышленного производства национальных изделий из муки и кондитерского сырья необходимо коренное совершенствование производственной базы и новые способы обработки максимально приближенные к традиционной и в то же время применимые в условиях современного механизированного производства

Однако, до настоящего времени процессы формирования и дозирования тестообразных масс национальных изделий производится вручную. Механизация формования тестообразных масс позволит устранить тяжелый физический труд и 'Значительно повысить производительность и создать предпосылки для механизации технологического процесса производства национальных изделий.

Oiu.ii жашуатации и изучение работы формующих, нетоиелшсльиых машин показал, что при обработке массы подвергаются нмчшелмшм механическим воздействиям при высоком давлении, ющаьаемом рабочими органами, что ухудшает качество изделий. Механическое воздействие зависит от конетрукшишно исполнения рабочих оркшои, а гакже от кратности обработки.

Особое внимание уделяется также оценке качества иловых изделий. До настоящею времени показатели качества готовой продукции в оиюнном оцениваются сенсорным способом. При сенсорной оценке ьачееша ююиых изделий практически не контролируется твердость, укрую-иласшчсские и прочностные характеристики которым потребители нридакн болшое значение.

К связи с этим актуальным является совершенствование процессов механической обработки теста и создание оборудования для произаводства шдолий ич мук» и кондитерского сырья, а также определение связи между ириборио измеренными и сенсорно достигнутыми свойствами изделий для иоьекпшюй оценки их качества.

Цель работы - повышение качества изделий из муки путем совершенавование процессов механической обработки и создание соответствующего оборудования для технологической линии.

В соогвезствии с поставленной целью в работе решались следующие

.задачи

* имшние методологических основ исследования и совершенствование процессов обработки в центральных подсистемах линии производства национальных изделий;

• на бале механики деформируемых сред, реологии разработка псион теории деформирования тестообразных масс при ежапш;

• разработка теоретических предпосылок к описанию процесса обработка теста валками с переменной образующей и с кольцевыми канавками;

• экспериментальное исследование механизма процессов раскатки н нагнетания на модельных установках;

• разработка методики расчета устройств для раскатки и нагнетания тестообразных масс;

• применение методоп приборной и сенсорной оценки качества

&

полуфабрикатов и готовых изделий;

• реализация на практике результатов исследовании п условиях хлебозаводах и кондитерских фабрик.

Научной концепцией работы являегся системный подход к проблеме повышения эффективности процессов нагнетания и раскатки тестообразных масс линий производства изделий из муки и кондитерского сырья.

Научные положения, защищаемые в диссертации:

• обоснование принципов рациональных процессов механический обработки теста в центральных подсистемах линий;

• обоснование принципов сохранения формоустойчивосгн обрабатываемых масс;

• обоснование методов оценки эффективности процессов нагнетания и раскатки обрабатываемых масс.

Научная новнтна заключается в следующем:

• ^скшовлспы основные закономерности процессов механической < 1'>|>ио()| М1 1есншбразных масс в центральных подсистемах линий и,п>и шодстьа казахских национальных изделий,

• определены общие закономерное) и изменения нанряженно-|еформир<шатю(о состояния тестообразных масс и процессах смшсшчсского и динамического нагружения, в условиях одноосного II трехосши о сжатия;

• ра ¡рабоиши методы практического выбора решений дня нро( позирования поведения тестообразных масс в процессах раскатки и нагнетания;

• 1сорсгичсекн установлены и экспериментально подтверждены хараьзер распределения давления и деформации тестообразных масс в процессе обработки валками переменной формы и кольцевыми канавками;

• усыновлены влияние геометрических и кинематических параметров валков на процесс течения тестообразных масс и потребляемую мощность;

« разработаны н определены показатели работоспособности рабочих органов в процессах раскатки и нагнетания тестообразных масс;

• определены иснхореологические свойства казахских национальных изделии из муки.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

разработаны многовалковые раскатывающие машины

иифершншго действия для полуфабрикатов хлебобулочных и

кондитерских изделий, которые внедрены: на Московской кондитерской фабрике "Красный октябрь", на Жамбылском хлебобулочном комбинате, на Лисаковском хлебозаводе Кустанайскон области ( а.с. 1708226);

разработана тестоделительная машина, которая внедрена на Лисаковском, Жезказганском, Жамбылском хлебозаводах;

разработана формующая машина для тестообразных масс изделий из муки и кондитерского сырья выпрессовыванием* машина конструктивно проста и малогабаритна, внедрена на Лисаковском и Жезказган©ком хлебозаводах ( а с. 1683626);

разработаны методы инженерных расчетов, позволяющие определить рациональные параметры оборудования для раскатывания и нагнетания тестообразных масс.

Апробация работы, основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на Шестой Всесоюзной научно-технической конференции "Электрофизические методы обработки продуктов и сельскохозяйственного сырья" (МТИПБ.1989), на научной конференции ."Научное обеспечение хранения и переработки растительного сырья в пищевой промышленности", посвященной 60-летию МТИПП (Москва, 1991 г), на научно-техническом Совете Министерства науки и новых технологий -Республики Казахстан (Алматы, 1994г.), кз техническом . Совете Московской экспериментальной кондитерской фабрики, Красный октябрь ( 1991г.), на научно-технической конференции "Теоретические и практические аспекты применения методов инженерной физико-химической механики с целью совершенствования и интенсификация гемюлопгческих' процессов пищевых производств" (МГАПБ, 1994г. ) нз предприятиях

хлебобулочной и кондитерской промышленности Республики Казахстан (Лк-мобнисн, Апматы, Жамбыл, Жезказган, Костанай, Шымкент, 1УУ2-1У95ггг>.

Публикации. Основные научные положения и результаты диссертации изложены в 30 опубликованных работах, в том числе трех орошюрах, в описаниях изобретений.

Сфуктура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит II < введения, семи глав, общего заключения, списка использованной лп1сра1у|н>1 л приложений.

Основная часть диссертации изложена на гаа страницах машинописного текста, содержит 89 рисунков, 38 таблиц. , ■

Во »ведении обоснована актуальность темы диссертации, сформирована ее цель, показании научная новизна и практическая шачимость работы. . ~

И первой главе рассмотрены классификация,формующих машин, позволяющая определить направление их развитая, способы нагнетания н риекагкн и сравнительный анализ конструкций, проанализированы исследования процессов нагнетания и раскатывания тестообразных масс ьдлкам», а чакже основные структурно-механические характеристики • ссюобразиых масс.

Па основании проведенного анализа патентных и информационных материалов можно сказать, что все конструкции 1Пра.к<1юг широкое разнообразие научных и инженерных поисков рациональных вариантов устройств для формования и дозирования . (1чло.>6р;»ны.ч масс. Каждая из них реализует определенный способ Ф> щ ¡мснегнш I естоооргушой массы.

Согласно классификации и анализа работа раскатывающих мапшп и нагнетателей наиболее совершенными и перспективными с точки зрения энергоемкости рабочих процессов, надежности работы и условий обработки массы являются валковые машины.

Для валковых нагнетателей и раскатывающих машин основными функциями являются: придание заготовкам требуемой формы и размеров при обеспечении формоудерживающей способности, точности дозирования и качества изделий, определяемого видом, скоростью и дительностью его деформирования. Для сохранения формы и качества изделий 1Йлковые машины должны обеспечивать миимальиую кратность обработки массы и необходимое давление для придания заготовкам требуемой формы.

Определяющее значение на объемную подачу при валковом нагнетании имеют поверхность валков и вязкость обрабатываемой массы. Недостаточно надежная работа валковых тестоделительных и формующих машин, обусловлена неразвитой поверхностью валков, снижающей эффект взаимодействия обрабатываемых масс с валками

Во время раскатки на массу со стороны рабочего органа лейс! пуня-значительные нагрузки, чтобы заставить высоковязкую среду течь между двумя сближающимися поверхностями валков, в результате чего заготовка уплотняется и ухудшается качество изделии.

Во второй главе рассмотрены особенности производств:-! капчекич изделий из муки, приведены методологические оспины иссл:-;$ок!Шы к совершенствова! ¡я процессов механической «Г'рЗКОк.и и лтшч производства национальных изделий

Для увеличения выработки национальных изделий в промышленных условиях и улучшения его качества при механизации процесса производства, были изучены способы приготовления и рецептуры полуфабрикатов. Особенностью технологических процессов национальных изделий является многообразие технологий приготовления перерабатываемого сырья и полуфабрикатов по структурно-механическим свойствам и 'разнообразию формы. Эти особенности предопределяют сложность решения задач механизации технологических процессов и требуют системного подхода к анализу.

Согласно современной классификации рассматриваемые процессы реализуются в центральных подсистемах линий производства национальных изделий. Это процессы дозирования ( деление),, формования раскатыванием и выпрессовыванием.

Сложность получения формы, обеспечения формоудерживающей способности тесга и определения рациональных режимов обработки состоит в разнообразии взаимосвязи между большим количеством факторов, влияющих на качество изделий; наличие возмущающих воздействий на процессы, не подающиеся контролю и измерению; применения оборудования, сконструированного без учета структурно-механических и специфических свойств перерабатываемых материалов; наличие обратных связей между свойствами сырья и техническими показателями оборудования, недостаточном контроле за ходом процесса; Невозможность влиять на структурно-механические свойства массы в холе процесса; вследствие негибкости оборудования, при этом покат)ели продукции, определяемые гыодартом, методы контроля шхнологичсских параметров, ими обусловленные, сложны и длительны.

Для определения взаимосвязей между параметрами процессов проанализированы операторные, модели центральной подсистемы технологических линий производства национальных сортов изделий, в которых отражены взаимосвязи между технологическими операциями (рис. 1) п

• Математическое описание качества 1естовых заготовок имеет вид:

. Кг..к.=( (о) (0) +ЛД1Ц1) +М(2Ц2) + дД3> (3) +ЛЛ4) (4)) л т (1) О 1,0 О 1,0 0. 1,0 О 1,0 .0 1,0' 2,1 3,2 5,4 6,5

где, К,, ,.- обобщенный показатель качества отформованной заготовки; М^ обобщенные показатели качества исходных компонентов;

М),... обобщенные показатели качества материала после промежуточных операций; обобщетше показатели передач или передаточные

функции, количественно характеризующие сложность реализаций

/

технологической операции.

| ' '

Анализ операторные моделей показал, что центральная подсистема исследуемых технологических систем содержт- ряд типовых операций, соединенных различным образом. Эти технологические операции ; и разделенные 'по / группам факторы, определяющие их-эффективность, представлены в табл. 1. Как видно из таблицы, первые группы определяют качество исходных компонентов и полуфабрикатов на промежуточных стадиях процесса, т.е. описываются потенциалами, а факторы работы - передаточными функциями, которые входят в уравнение (I.) *

Модели центральных подсистем линий производства национальных изделий показывают, что с учетом их специфических особенностей между параметрами процессов и 'реологическими

характеристиками материал существуют аналогичные качественные взаимосвязи.

Однако, для активного и целенаправленного воздействия на реологические свойства в процессах их дозирования (деления) и формования, необходимо знать количественные взаимосвязи, что невозможно без экспериментальных исследований.

вода „/^

м1'

мука - М,

pact соли

дрожжи

Рис. 1. Центральная подсистема технологической системы производства национальных изделий из муки.

В- подсистема образования массы с заданными показателями качества. I - оператор образования из массы предметов заданной формы: 1-процессор формования массы; 2- процессор расстойки заготовбк; 3-процессор формования массы; 4- процессор дозирования.

II - оператор образования массы с заданными физико-механическими свойствами: 1- процессор образования.. массы с заданными свойствами; 2- процессор смешивание компонентов; 3-процессор дозирования раствор соли; 4- процессор дозирования воды; 5-процессор дозирования муки; 6- процессор дозирования жидких добавок; 7- процессор дозирования дрожжи.

Для процесов нагнетания и раскатывания формула (1), описывающая качества массы, принимает вид:

V /кА» |/Ч) О. 1уО) ('К

где,

г\

К„ обобщенный показатель качества отформованной тестообразной массы;

МТ~ обобщенный показатель качества'рецептурной смеси;

^"-обобщенный показатель качества дрожжей;

обобщенный показатель качества сыпучих компонентов (муки);

- передаточная функция дозирования дрожжей;

" передаточная дозирования сыпучих компонентов;

Ш2.1 - передаточная функция смешивания;

тзд - передаточная фуикция брожения тестообразной массы;

пч,! - передаточная функция нагнетания (дозирования, формования) или раскатывания массы; 1115,4- передаточная функция расстойкн; т7д . передаточная функция формования.

Таблица I.

Технологические операции ЦП липни производства казахских национальных изделий и факторы, определяющие их эффективность

Операция Факторы в Наличие в технологических схемах приготовления

СМX материала Технологические показатели материала Хар-ка работы оборудования лепеш ки баур-саки лапша

Дозирование Насыпная масса, плотность, вязкость, поверхностные характе- ' ристики Влажность, гранулометрический состав, температура Производительность, кинематические и конструктивные параметры + + +

Перемешивание Плотность, сдвиговые и компрессионные характеристики Однород-. кость, температура, рецептурный состав Производительность, кинематические и конструктивные параметры + + +■

Брожение Плотность, вязкость Кислотность, температура Производительность, кинематические и конструктивные параметры + +

Формование Плотность сдвиговые и компрессио иные характеристики Давление Производительность, кинематические и конструктивные параметры + , + +

РаСстойка Плотность, вязкость Влажность, температура Производительность, кинематические и конструктивные параметры +

Формование Плотность, сдвиговые и компрессионные характеристики Давление Производительность, кинематические и конструктивные параметры +

Описанные системные исследования центральной подсистемы производства национальных изделий позволяют разработан. Обобщенную схему определения рациональных режимов обработки тестообразных масс.

Третья глава посвящена изучению реологических свойств тестообразных масс при одноосном и трехосном сжатии, необходимых для расчета кинематических параметров и для конструирования новых формующих устройств.

Для определения компрессионных свойств тестообразных масс в

с - ,г

условиях статического и динамического нагружеиии был создан экспериментальный стенд, реализующий циклический вид деформирования массы.

Для исследования исгголЪзойайи образцы те ста, приготовленные в лабораторных и производственных условиях. В лабораторных условиях тесто готовили согласно сборнику рецептур и технологии приготовления пшеничного хлеба из муки 1 сорта и макаронного теста из муки высшего сорта. Время замеса в месилке ЭЛМ составляло 5 мин.

Заготовки, приготовленные в производственных условиях: песочное тесто (в условиях хлебозавода №21 г.Москвы);

Тесто для хлеба "Семиречеиский" из муки Казахстанской, формовой и тесто с внесением тыквы в количестве 30% и молочной сыворотки 25% (в условиях хлебозавода г. Алматы);

Образцы заготовок национальных изделий приготовлены по рецептуре (в условиях хлебозавода г.Жезказгана и г. Лисаковск, .Кустан&йской обл.).

В условиях одноосного сжатая ползучесть теста изучали при напряжениях (13,7;15,7;19,6;22,5; кПа). В условиях трехосного сжатия прн( !50;210;285;350)к11а.

Результаты эксперимента показали, что в условиях одноосного сжатия величина деформации теста под действием нагрузки растет интенсивно, поскольку при его деформировании происходит течение «еста между двумя сближающимися пластинами.

Определение упругой части деформации состагляет важную задачу, поскольку ее значение позволяет определить модуль упругости ма(ери<ша. Как показали результаты предварительных экспериментов показа гель условно-мгновенной упругости достаточно точно характеризует свойства теста при малых значениях времени деформации в условиях одноосного сжатия.

При формовании тестовых заготовок помимо сдвигового течения, наблюдается сжатие, мерой сопротивления которому является вязкость >еста, ко!орую определяли по формуде: "

г)=Р/ё, (3) •

где,

I' - давление, кПа; ь - скорость деформаций теста, с"1.

Па основании обработки опытных данных, дифференцирования урашкния получены зависимости модуля упругости и вязкости теста от е1-ор01 ш деформации. Результаты показали, что в условиях одноосного с увеличением скорости деформаций упругие свойства <¡1 н !<|<„т пезначтельио. Однако, одновременно «следствии течения .< ■ |. 'шни/* .и'н'.ч кя !кчси» и период релаксации напряжений.

Кривые ползучести при одноосном сжатии, анрокспмирумеч эмпирическим уравнением вида:

е= А ехр В1, (4)

где,

с - относительная деформация; Л,В - эмпирические коэффициенты, с'1; I - время, с.

Изменение давления во времени изучали при различных скоростях деформации теста ( скорость пуансона: 2- 10"', 15- 10\ 30 ■ 10 м/с были получены кривые релаксации ( рис.2). Наиболее интенсивно релаксация напряжений протекает в условиях одноосного сжатая, особенно п первый и второй периоды ( 1-15с), для всех начальных давлений.

Таким образом', для успешного формования тестовых заготовок время действия рабочего органа в условиях одноосного сжатия должно быть в пределах 1с, так как за этот промежуток времени падает основная часть напряжения.

Величину упругого последействия тестового образца замеряли после однократного и многократного деформирования в условиях одноосного и всестороннего сжатия при различных скоростях нагружения. Время между циклами составило 3,1$,30с. Количество кратностей нагружения варьировали в пределах от 1 до 6 в зависимости от скорости пуансона. Установили, что при циклическом деформировании упруюе последействие тестового образна посла трек и четырехкратного циклического деформирования независимо ог скоросп деформации остается неизменной. Изменение упругого нослед-.-псмим особенно заметно после однократного и днукрш 1101 о пагр\ жсинч

условиях одноосного сжатия. В условиях одноосного сжатия. В условиях фсхосного сжатия величина упругого последействия уменьшается незначительно, поскольку при трехосном сжатии происходит уплотнение тестовых заготовок и остается большая часть упругой деформации, то ecu. они практически не переходят в пластическую. Величина упругого . последействия в зависимости от деформации тестового образца уменьшается по линейному закону.

Кривые упругого последействия описываются уравнением вида: Еуп.-А' ехр Вп, « (5)

где, . .

EvД li/h - деформация упругого последействия; Л h - величина упругого восстановления после снятия нагрузки, мм; • h -размеры сжатого образца, мм;

»

А,В - эмпирические коэффициенты; а - кратность нагружения. ■

Анализ поведения тестовых заготовок при сжатии на основании • вышеприведенных обобщений и результатов исследования позволяет построить механической модели сжимаемости тестообразных масс и ее математическое описание.

Известные модели учитывают явление последействия после достижения определенного значения внешней нагрузки. Однако, они не шражают очень важное свойство тестовых заготовок - их текучесть или уплогняемость с ростом деформации и возможность перехода ч.шедленпо-упругих деформаций при увеличении времени воздействия в iKX'fipai пмое пластическое.

Эффект формоудерживающей способности тестового пласта можно моделировать с помощью упругого и пластического элементов, соединенных параллельно или последовательно ( рис. 3). В соответствии с этой моделью процессы деформации и восстановления протекают следующим образом. В момент приложения нагрузки развивается упругая деформация. Затем одновременно начинают протекать процессы возрастания пластической й остаточной деформаций. После снятия нагрузки и прекращения роста деформации следует процесс восстановления. При этом упругая деформация исчезает мгновенно, упруго-пластиЧгская восстанавливается с течением времени, а пластическая остается. Моделирование остаточной деформации, возникающей при сколь угодно малой нагрузке осуществляется с помощью элемента сухого трения.

Таким образом, , рассматриваемая модель отличается компактностью, благодаря чему математическое описание прн нагружении и разгрузке является простым.

Более наглядную картину изменения выходных параметров прн изменении условий, его протекания можно получить путем анализа реологических уравнений ^деформации среды на основе ее реакции на прилагаемое воздействйе. При времени протекания процессов, соответствующих услойй'м формования валками (л.пределах 1с) прн допущении линеаризация зависимости от напряжения модулей упругости Ндл. и Ео соответственно при длительном и мгновенном нагружении, а также модуля упругости Е, соответствующего внутренним напряжениям, реол&гическое уравнение может быть записано в виде:

лг го «г, ¡о /»о • <с

г

1'ис. 2. Кривые релаксакции напряжений в условиях одноосного (а,в) и грехосниго (б,г) сжатия в тесте:

(а,Ь) хлебопекарного_____; лепешки-------------

макаронни! о______________лапши.......... ;

в- 2 (0-3 м/с; Д -15 10-3 м/с; • - 30 -10-3 м/с

Закон изменения деформации тестообразной массы в захвате валов (см рис 5) по дуге контактов валков с массой может быть представлены

и11|1чи;пн;1мн:

Б/ Б™« = (COSy-COSyt,)/ (1 -COS у„),

где,

е, Ъю* - соответственно текущее максимальное значения деформации тестообразных масс» Gmwih^hi,)/ h„; у - дуга

контакта валка с массой с пределами изменения у„'< у 5 у„

После разложения тригонометрической функции в ряд Маклорена, ограничившись двумя первыми членами ряда и допустив |у0| =|у0'| нМеем:

e/E^.I-Otfy0)*. (7)

С' -

С целью перехода от безразмерной координаты по перемещению к безразмерной координате по времени воспользуемся соотношением:

У yP+l =V/W1=t, '(8)

где, •

"W - угловая частота вращения валка, рад/с; т,Х| - время

перемещения пласта соответственно на длину дуг Ун Тя.

Рис. 3. Модель д.';формации тестообразных масс при е.к;шы

Уравнение (7) инвариантно по времени, т.е. его вид не зависит от выбора единиц времени ( в этом случае т измеряется в единицах 0.

После подстановки выражения (8) в формулу (7) получим закон изменения деформации во времени в размерном виде:

е/е,,,«. 2Н2 (9)

Для ют, чтобы проследить за их изменением во времени, подставим уравнение (9) закона изменения деформацийв уравнение (6), офажающее упругорелаксационное состояние тестовой заготовки при деформации сжатия. Тогда получим уравнение: . " ;

, „.

' Е У £„£,Л ЕЛ

Решение дифференциального уравнения (10) позволяет проследить процессы изменения упругой деформации материала ( теста) и -•' напряжения в зам те между валками при нагружении.

При начальном условии —=0 решение уравнения (10) будет

имен. вид.

* *

(2'- '2-1'/3)> = 0 (11)

Для нахождения максимального значения пластической меформапии и момента времени, где она достигает максимума, следует приравняв нулю первую производную выражения (11), решить

>равнение

12-1) --«^^(ЗМ2)} (12)

I = 1,5-0,5-, с 1

Длительность первой стадии 1, при заданном законе нагружения определяется вязкоупругими константами материала 15, г)

В работе кроме компрессионных свойств тестообразных масс также исследованы адгезионные свойства. Среди компонентов песочного теста и конфетной массы наибольшую адсорбцию к материалам рабочего органа сахар и жир. Добавление этих компонентов в массе сопровождается его пластификацией и понижением вязкости.

ИсследоЙши влияние температуры рабочего органа на адгезию песочного теста. Для этого был создан экспериментальная установка. С помощью термостата нагревали образцы . исследуемого конструкционного материала в виде диска. В качестве образцов были выбраны следующие конструкционные материалы: сталь 45, фторопласт-4, дерево. Температура образцов составляла: 20,30,40,50,60 °С.

Экспериментальные данцые показали, что при уменьшении продолжительности действия и увеличении температуры рабочего органа адгезионные, напряжение снижается. Например, при повышении температуры от 20 до 60 0 С при длительности контакта теста с конструкционным материалом ( сталь45) Ас. адгезионное напряжение уменьшилось на 19,1%. Аналогичная закономерность наблюдалась при определении адгезии с другими конструкционными .материалами.

Таким образом, при повышении темперагуры образцов в момент соприкосновения с тестом поверхностный слой массы в зоне коиткта ¡^стапливается жир и в результате чего снижаете? адгезия!

Ё '¡стертой главе рассматриваются теоретические предпосылки к описанию процесса механической обработки тестообразных масс ьалкамн.

В настоящее время известны три способа подхода к маа'машческому описанию процессов нагнетания и раскатки валками. Один из них базируется на выводе эмпирических зависимостей путем обработки данных экспериментов с помощью теории подобия и анализа размерностей. Второй способ - использование теории прокатки для описания процессов переработки вязко-пластичных материалов. Третий

Г5 -

способ основан на решении дифференциальных ■ уравнений движения вязкой несжимаемой жидкости в области деформации валковых машин.

Первый способ дает возможность получить на основании данных экспериментов к расчету валковых машин, но не создает условий для понимания физической сущности процесса.'Появление новых пищевых, материалов и интенсификации процессов вальцевания потребует для выполнения расчета валковых машин проведения экспериментов в новых условиях.

Второй способ - это прямое использование теории прокатки для описания процессов вальцевания вязко-пластичных пищевых

материалов.

Но оно не может. удовлетворительно объяснить сущность

п

указанных процессов, так как це учитывает упругие пластические свойства масс и считает, что обрабатываемый материал обладает вполне определенным пределом текучести. Физико-механические свойства тестообразных масс существенно отличаются от свойств, Металлов. Тестообразные материалы не имеют постоянного предела текучести в условиях переработки.

Третий способ, основанный на решении уравнений гидродинамики вязкой несжимаемой жидкости в области деформации валковых машин, лает достаточно стройную и ясную качественную картину процесса. Этот способ достаточно наглядно отражает физическую сущность процесса.

Раскатка тестообразных масс валками переменной формы.

Для обеспечения текучести высоковязкой массы, сочетающее в себе элементы сжатия, растяжения и сдвига, нами предложена раскатка тестообразных масс валками с криволинейной и цилиндрической поверхностью.0 Валки с криволинейной поверхностью имею! бочкообразную форму.

Бочкообразный валок сжимает среднюю часть пласта, в результате чего тесто получает возможность растягиваться по ширине с минимальным уплотнением. Эффективность растяжения тестообразных масс зависит от коэффициента формы валка. Под коэффициентом формы валка мы понимаем отношение его среднего диаметра к диаметру торца. Изменение коэффициента формы валка обеспечивает получение необходимых остатдчных деформаций но ширине и по высоте пласта на каждой стадии нагружеиия с сохранением структуры тестообразных масс.

При раскатке бочкообразными валками геометрические условия деформации зависят от коэффициента формы валков.

Кф=с1С1/Лг, (13)

где,

сЗср - диаметр средней части валка, мм; с1т, - диаметр торца, мм.

Hi геометрических соотношений устанавливается, что длина дугг. шшакта валкоь с заготовкой определяются как сумма длин входной X; и выходной Xi зоны раскатывания ( рис. 2).

ЦгХ 1 +Х2=+ Д "*), (14)

где,

Н, 1>, - шлщипа заготовки до и после раскатки, мм; li- наименьшая кшщина массы и захвате валков, мм; R- радиусы валкоз, мм.

При обжатии заготовки в валках масса течет не .только в продольном, но и в поперечном направлениях! По мере нарастания обжигия в очаге деформации растет и ширина полосы. Величину ширины пласта и процессе деформации его бочкообразными-валками определяли из' рассмотрения баланса площади поперечного сечения загошвкн в области деформации при 0 < X £ Lg можно представить следующим образом: ^ * "

F„ = F(x). (15)'

где,

К,, - площадь поперечного сечения тестообразной массы до входа его г. область деформации, мм2;

F(x) - площадь поперечного сечения массы .-деформированная валками на длине очага . деформации, мм2 ( рис. 3).

Учитывал равенство площадей, следуег отметить, что уменьшение высоты пласт а вызове! увеличение длины и ширины. Ширина пласта займет ог коэффициента расширения тестообразной массы:

B-(Fc/2h)i:b (16)

Рис. 4. Деформирование тестообразных масс валками переменной формы

переменной формы

Выведем формулу для определения коэффициента расширения в зависимости от длины дуги и поверхности кривизны валка, пользуясь схемой, показанной НЙ рис. 6.

(Л — /? )

Из прямоугольника имеем ОА=ОВ=1^; ОС= Lg———

Определяем величину:

ВС=7ов' - ОС- или' . '

После возведения в квадрат выражения в скобках и простых преобразований и подставляя в уравнение (17), получим:

(18)

где,

р - поверхность кривизны валка (м ), которая определяется

выражением:

Р=

1

Огсюда определяем ширину пласта: /ч>

В=

2Л

НАЧ '

.. (19)

где,

Кч, - средний радиус валка, мм;

К, -радиус торца, мм; ' '

Ккр -радиус кривизны валка, мм. 0

Имея геометрические параметры бочкообразных валков, в виде разностей среднего и торцевого радиусов и длины валка, определяем радиус кривизны валка ( рис.4). Л

В1 14 +

К*р=

■, мм

(20)

Для практики важно знать геометрические параметры валка, влияющие на развитие деформации тестообразных масс по ширине и длине.

Факторы, влияющие на развитие деформации заготовки тестообразных масс по длине валка.

1. Обжатие. С ростом обжатия ширина полосы пласта увеличивается. Это объясняется тем, что увеличивается смещаемый объем массы как в продольном, так, и в поперечном направлениях.

1. Диаметр валков. При одном й том же обжатии и постоянстве прочий факторов с увеличением диаметра валка деформация массы по длине валка возрастает, Это объясняется увеличением длины дуги контакта валков с массой. '

3. Форма валков. Валки бочкообразной формы благодаря разности диаметров сжимают среднюю часть. пласта, в результате чего масса имеет возможность деформироваться по ширине и. длине равномерно. В цилиндрических валках ( при той же деформации по высоте) по их длине масса деформируется незначительно, то есть происходит уплотнение и ухудшается формоуЛерживакмцая способность. Следовательно, ширина пласта Зависит от формы, радиуса кривизны и деформации сжатия.

Нагнетание тестообразных масс валками с кольцевыми канавками.

Для создания в выдавливаемой массе необходимого давления для того, чтобы вызвать ее течение через каналы "атрицы с желаемой скоростью, , было предложено нагнетающее устройство для вязко-пластичных масс. Нагнетатель выполнен в виде пары параллельных цилиндров (рис.7).

Выполнение нагнетателя в виде нары параллельных цилиндров с толкателями, выполненными в виде кольцевых дисков и взаимодействующими с перегородками, имеющими прорези для прохода толкателей, обеспечивает по сравнению с гладкими цилиндрами увеличенную подачу вязко-пластичных масс с сохранением структуры последних при одинаковых габаритах и частотах вращения нагнетателей. Это обусловлено более развитой поверхностью предлагаемого нагнетающего устройства (более, чем в 2 раза), осуществляющей подачу массы за счет ее конечной вязкости. При этом нагнетаемая масса, находящаяся в зазорах между кольцевыми - дисками, подвергается значительно меньшим сдвиговым деформациям, разрушающим струкгуру масс при подаче последних из бункера в рабочую камеру, что обеспечивает улучшение качества обрабатываемых масс.

Эффективность процесса нагнетения массы зависит от коэффициента формы валка, нагнетателя, *то есть отношения высоты диска к величине зазора между дисками.

Половину переменной ширины зазора можно выразить путем упрощения геометрического соотношения, связывающего переменную. * величину Ь с средними радиусами кольцевых канавок ЯсР и минимальной величиной зазора Ь (рис.7).

Ц=1| Щ ср-%/л,г,~*т Ьэ-Ь' —-, (21)

'Р О

где,

1-, .длина зоны "захватывания и нагнетания массы.

Как показывают исследования нагнетания массы валками гладкой и рифленой фирмы масса по камере движется неравномерно. 13

результате трения о стенки она затормаживается в периферийных областях и в нижних углах камеры образуются "мертвые" зоны, где происходит застой массы: Имеются также области, в которых масса поднимается вверх, что объясняется наличием противотока, который ,

направлен снизу вверх к зазору между валками.

г

Следует отметить наличке противотоков снижает производительность "нагнетания и увеличивает энергоемкость процесса.

В нагнетателе с кольцевыми канавками, наряду с силами вязкого трения, положительное значение приобретает угол захватывания массы и упругие свойства обрабатываемого материала (рис.8).

Окружная скорость поверхности валка равна У=2тт11, ; (22)

где, ■ '

п - частота вращения валка, с"1; .'

Я - радиус валка, мм.

Характер профилей скорости указывает на то, что давление повышается в Ьайравлении течения. Распределение скорости сдвига напряжений сдвига! можно получить из профиля скоростей. . '

, Следовательно, уравнение неразрывности и движения сводится к виду -

■ ' • ' • «> .

Интегрируя уравнение (23) дважды, получим результирующий профиль скоростей

, (24)

1ц <Ь ' У '

где, • .

ц - вязкость массы; Па.с;

Ь -зазор между валками, м.

При нагнетании валками с кольцевыми канавками условие деформации массы зависит от коэффициента формы

о '

Кф=Н/в , (25)

где,

Н=Оц-1>ь - высота цилиндрического диска, м; в - зазор между цилиндрическими дисками, м.

1Ц=(0„+Е>ьУ4, , (26)

где, • . |

0„Рь. соответственно наружный й внутренний диаметры нагнетателя, ограничивающие поток массы, м. |

Скорость сдвига определяли по формуле, применяемой для

• /

определения скоростей сдвига при течении массы через прямоугольные

каналы

где, ,

О -расход массы через зазор между толкателями, м3/с;

с

Ь,Н - соответственно ширина и высота зазора между параллельными дисками, причем в квадрат возводится минимальный из двух параметров.

са

ш

я

та 11

НЕ

К

Рис,7. Схема деформации тестообразных масс валками с кольцевыми канавками

Рис. 8. Схема валкового нагнетателя с кольцевыми канавками

Расход 0 определяли как произведение средней скцюсти на рлощадь сечения между дисками ■

д=\¥(К,1+Кь)ЬН/2 (28)

Гидравлический диаметр зазоров между кольцевыми канавками рассчитывали по формуле

(1=4 Р/и, ' (29)

где,

Б и и - соответственно площадь и периметр сечения.

Величину объемного расхода тестообразных масс, вытекающего из матрицы под давлением Р, можно рассчитать по формуле, описывающее течение ньютоновских жидкостей

(30) '

где, к - объем геометрических форм сечеиия матрицы, М .

Таким образом, для рационального проектирования и изготовления высокоэффективных валковых [ нагнетателей и раскатывающих машин необходимо знание основных закономерностей процесса деформации различны» в реологическом отношении пищевых масс в межвалковом зазоре нагнетателей.

Обычно при обработке валками на формующих и тесто делительных машинах в качестве основного силового воздействия на тестообразные массы рассматривается нормальное напряжение. Характерно, что закон распределения напряжений имеет колоколообразную форму и отличается от закона распределения информации. Его пиковое значения существенно отличаются от обще?! деформации и превышают значения среднего напряжения, определяемого по дуге захвата.

Очевидно, что а зависимости от формы залкоз давление и области деформации ио дайне и по дуге захвата будуг неодинаковы. Неравнозначность давлений по криволинейной поверхности дуги и захвата по всему сечению зазора обусловлено различным значением формы и площади с контакта и разным временем нахождения, определяемого по дуге захвата. •

Наиболее интересной гидродинамической задачей является описание воздействия рабочего органа с криволинейной поверхностью на вязко-упруго-цластическую массу, которая одновременной подвергается деформации сжатия и растяжения при прохождении через зазор.

При формовании тестообразных масс бочкообразными валками с криволинейной поверхностью сжатие и сдвиг осуществляются поэтапно от центра к периферии^ то есть масса получает возможность свободно растягиваться по всей ширине пласта (рис.4). В этом случае 'податливость заготовки такова, что в зоне контакта нё возникает высоких давлений, поэтому вязкость тестообразных масс с ростом давленая, изменяемся' Незначительно.

1

I Для описания ' распределения давления используем уравнение Рейнольдса (

4 " (31) .

I • ас ах су ау

Принимаем циничные условия, что диаметры средней част обоих валков <!<-,, и скорости их вращения одинаков!.;. силы ииернш! незначительны. Деформация тестового пласта происходи г з зависимости рт величины зазора между валками, при этом толщина пласта меияен-я по направлениям У.У,

Полагая, что геометрическим центром бочкообразного валка является В/2, распределение давления зависит от

коэффициента формы. и поверхности кривизны валка. • Используя граничные условия (Р=0, У=В/2) после интегрирования уравнение (31) преобразуется в следующее выражение:

2-.У)

(К + к ХО* -х) +(В/г- У№„г

Имея в виду, что Ьх=1гу, получим '

(32)

р_ з^дя-х)(н/2-у) 33)

где, •

V -скорость вращения валка, м/с;

9

р " - вязкость, Па.с;

Ьху -толщина пласта в точке с текущими координатами Х,У,мм;

Ъц, -длина дуги контакта валков с массой, м; .

Вп -ширина пласта,м.

Анализ . технической литературы по выпрессовыванию разнообразных материалов на валковых прессах показал, что в области деформации можно выделить две зоны отставания и опережения.

Характерной особенностью зоны опережения является то, что частицы продукта, находящиеся,в средней части, имеют более высокие значения скорости по сравнению с окружной скоростью вапков. При

г

выходе из области деформации скорости частиц потока по всему фронту практически равны окружной скорости вращения валков.

Такое изменение скоростей частиц продукта по мере его прохождения области деформации связано с тем, что в области деформации существенно меняется давление.

Поскольку при нагнетании уассы валками, выполненными в виде кольцевых дисков, развитие деформации массы по длине валков отсутствует соответственно градиент давления в направлении Дс1р/с1у=соп51. Тогда уравнение (31) имеет вид

»

= • " . (34)

йс ах .

Принимаем граничные условия, что скорости вращения валков одинаковы, а силы инерции незначительны' Деформация массы происходит в зависимости от величины зазора между валками, при этом меняется по направлении X. Полагая, что. распределение давления зависит от коэффициента формы, после интегрирования уравнения (34) преобразуется в следующее выражение

, р _ 3МЬ8-х)В< : . '

где, ' .с • - !

?

-скорость вращения валка, м/с; ц . - вязкость массы, Па с.;

Ьху - зазор между валками в области деформации; м;

-длина дуги контакта валков с массой, м;

В* .- ширина валка, м;

! 1 Кф - коэффициент формы валка. '

(35)

Давление нагнетания массы через матрицы определяется по уравненшо ...

РН=РВ+РМ, Па • . (36)

где,

Р„ -давление в матрице, определяется из уравнения (30).

В данной главе также приведены уравнения, позволяющие рассчитать потребную мощность многовалковых раскатывающих и валковых нагнетающих машин.

В пятой главе приведены экспериментальные исследования процессов формования тестообразных масс валками переменной формы и нагнетания валками с кольцевыми канавками.

Раскатка тестообразных масс валками переменной Формы.

В соответствии с поставленными задачами, заключающимися в определении рациональных геометрических параметров формующих валков, потребляемой ими. мощности и формоудерживающей способности тестообразных масс, определены основные факторы, влияющие на режимы работы формующих валков: коэффициент формы и радиус кривизны валка; зазор между валками (деформация массы); частота вращения валка.

Измеряемыми параметрами являются давление в области деформации, крутящий момент (потребная мощность), деформация пласта по длине валка, упругое последействие тестообразной массы.

Для определения распределения давления обрабатываемого теста' в области деформации, крутящего момента на ралу формующих 'валков установка снабжена специальным измерительным тепзометрнческим

комплексом и разработана методика тензометрических исследований. Для замера давления при движении материала через зазор тензометрические элементы установлены в теле валков.

Исследования эффертивности развития деформации тестообразных

масс валками бочкообразной формы были проведены эксперименты, в

которых определяли деформацию массы по длине валка, а также

толщины пласта после раскатки,, при коэффициентах формы от 1 до 4 и

угловой скорости вадка от 0,2 до 7,85 с'1. . *

) *

На рис. .9 представлена зависимость ширины пласта от

' коэффициента формы валка. Из графика видно, что с увеличением

» ... коэффициента формы валка увеличивается деформация пласта по длине

валка, особенно большая'деформация для тестовых заготовок массы

получается при соотношении диаметра средней части валка к диаметру

¡горца, равного 3-4. Из этх^го следует, что наиболее эффективное развитие

деформации пласта происходит при коэффициенте формы валка,

равного в пределах 3-4, поскольку при таком соотношении диаметров

масса получает возможность свободно перемещаться от середины к

краю. г ,; |

' ' 1 ■ • ' '

} Установлено, что наиболее эффективное развитие деформации

тестового пласта пррисходит при угловой скорости порядка 5 - 6 с'1, а

* ' |

для конфетных масс при угловой скорости 0,2 - 0,3 с"'. Это объясняется тем, что увеличение скорости выше указанных, как следствие, уменьшение времени нахождения массы в захвате между валками ведет к уменьшению деформации массы по длине валка.

' I '

. ] Величина упругого последействия имеет большое значение, чем при динамическом воздействий между плоскими пластинами. Это обусловленно тем, что при раскатке разгрузка после деформации

происходит свободно, а при динамическом воздействии процесс восстановления деформации сопровождается дополнительным нагружением материала силами инерции. Э целом подтверждается закономерность изменения упругого последействия теста в условиях

о •

одноосного и Трехосного сжатия. . о

Зависимость давления тестового пЛаста от радиуса кривизны (рис. 10) и формы формующего валка при всех режимах формования показал, что при деформации теста валками с криволинейной поверхностью давление уменьшается от центра к периферии валка. Поскольку бочкообразные, валки в большей степени сжимают среднюю часть пласта, создавая давление, превышающее предел текучести теста, пласт, растягивается от центра к периферии. При этом от центральной части к периферии валка уменьшается и давление теста. Поскольку поверхность контакта является симметричной в Направлении от центра к периферии, то и изменение давления выражается симметричной кривой. При

формовании цилиндрическими валками изменение давления массы от

, ; превышает

центра к периферии незначительно, а величина давления тестев три и <• *

более раз, чем при формовании валками криволинейной поверхности.

Рис. 10. Кривые распределения давления от центра по длине палка.

f

для теста: 1 - из муки высшего сорта (550г); 2 - песочного; 3 - из.муки 1 сорта (ЗЗОг), 4 - из муки высшего сорта (ЗЗОг),

5- для Нралиновой массы.

i

_________экспериментальный;------------теоретический.

Закономерность изменения давления теста в зависимости от количества циклов формования валками, установленными последовательно уменьшению кривизны образующей по ходу раскатки приведены на рис.11. Как видно из представленных графиков давление теста в средней части" валков с переменной формой резко снижается от цикла к циклу. При калибровке валками цилиндрической формы давление как в средней части пласта, так и на периферии почти одинаково.. Повторение циклов раскатывания валкам^ криволинейной

о t-'

поверхности происходит без изменения зазора средней части валков от захвата к захвату. Это сделано для toro, чтобы сжатие и сдвиг теста, при формовании валками с увеличивающейся кривизной по ходу раскатки, осуществлялось поэтапно от центра к периферии, с последующим

расширением зоны деформации до достижения по всей поверхности

t

пласта одинаковой толщины.

Результаты экспериментов показали изменения величины давления

при различных значениях угловой скорости в. зависимости от зазора

i

меяаду валками увеличиваете^ по линейному закону*.

Для получения энергетических характеристик валков в процессе

экспериментальных исследований измеряли крутящие моменты на валу

валков, а потребную мощность определяли как их произведение на

угловую скорость'"W! Как видно из рис.12 минимальные значения

энергозатрат при формовании теста происходит при использовании

валков с коэффициентом формы 3 или 4. Это объясняется тем, что для

обеспечения текучести теста валками с криволинейной поверхности

' , - * потребуется небольшие усилия, поскольку при деформации, как было

указано в предыдущих главах, тестовая заготовка получает возможность

свободно растягиваться по всей ширине пласта.

Сравнение результатов экспериментальных исследований с расчетными величинами показали, что максимальное отклонение рассчитанных значений от экспериментальных составляет не более 7-10%.

•

Оценка качеству раскатанной массы. Используя уравнение (2) определены обобщенный показатель качества раскатанного тестового пласта. Анализ результатов экспериментов позволил сделать вывод о том, что основными характеристиками раскатывающих машин, обеспечивающими необходимые и стабильные форму н размеры

е •

полуфабрикатов изделия являются Кф, Пкр, Из, Для выбора -

»

рациональных режимов обработки валками были определены: упругое

последействие пласта 8уп.', равномерность по толщине 11т %, деформация

теста по длине валков.

С учетом полученных предельных значении этих величин обобщенный показатель качества тестового пласта можно выразить

следующим образом: / -'. ■

I - - ' '

к„,=—:---(37) •

1 I ■ '

где, I ■

т ' ' I .

^ 045 отсюда К^-1-К*.; . Ке»

I

Кьт'= Ьг -50/45 - единичные показатели качества.'

Рис. 11 Кривые распределения давления по длине валка при последовательной раскатке

Рис.12 Зависимость потребной мощности от коэффициента формы валка

Расчеты по формуле (37) показал», что высокое качество раскатанного теста ( из муки высшего сорта) К„=0,8-0,95 обеспечивается при следующих конструктивных и режимных параметров:

Кф=3 - 4; \аГ=5Д с1; Р= 100-180 кПа; П,р=3.

Нагнетание тестообразных масс валками с кольцевыми канавками.

В соответствии с поставленными задачами изучали течения тестообразных масс в' зазоре между валками и в камере нагнетания, выявление зависимостей показателей (геометрические параметры нагнетателей, давления на валок), характеризующие работу нагнетателя, от ряда его переменных параметров: зазора между валками, частоты вращения, размера щели матрицы, коэффициента формы.

Валки с кольцевыми канавками имели следующие размеры: зазор между кольцевыми канавками - 10,20,30,40 мм; глубина (высота) - 30 мм

и угловой скорости вацка от 0,52 до 5,23 с"1.

> /

Для определения давления тестообразных масс . в области : деформации, крутящего момента на валу формующих валков установка снабжена специальным измерительным «изометрическим комплексом ц ! разработана методика тснзометрических исследований.

Установлено, что наиболее значительное изменение величины упругого последействия заметно при нагнетании массы через матрицы с • площадью 0,004.10'3мг. В то же вр^мя, величина упругого I последействия с увеличением скорости деформации увеличивается. Это ! объясняется тем, что с увеличением скорости ^формации выше

I

указанных, уменьшается время нахождения массы в рабочей камере, в

результате основная часть упругой деформации сохраняется, то есть не обеспечивается время релаксации массы при объемном сжатии.

Поставленный на рис. 13. "график показывает, что с увеличением угловой скорости валка и коэффициента формы скорость течения массы увеличивается. Это объясняется тем, что формы валков, выполненные в виде кольцевых дисков и взаимодействующими с перегородками, имеющими .прорези для прохода толкателей, обеспечивают по сравнению с гладкими цилиндрическими валками увеличенную подачу массы. Оценку точности дозирования производили по результатам взвешивания 50 заготовок при каждом исследуемом режиме развесом 50 г. Как показывают результаты экспериментальных исследований точность дозирования теста с увеличением зазоров между толкателями понижается, что связано с понижением давления в камере. Зависимость точности дозирования заготовок от частоты вращения нагнетателя четко

не выражена, что может быть объяснено влиянием на нее давления в камере, возрастающего с увеличением V, ; продолжительности нахождения мерника в камере й вязкости обрабатываемого теста,

о

уменьшающихся с увеличением I. Наиболее высокое точность дозирования получили при частоте вращения нагнетателей 5,23 с'1, при этом среднее арифметическое значение X =1043,5г., среднеквадратичное отклонение ±5=6,78г., то есть 0,68%, а ± 35=20,Зг., 155%, что повысило точность дозирования почти в два раза по сравнению с показателями других машин.

Результаты экспериментов показали, что с увеличением частоты вращения нагнетателей и уменьшением зазоров между кольцевыми канавками давления массы возрастает.

Рис. 13. Зависимость скорости течения жгута от частоты вращения валков для теста: 1- лепешки "Тандыр нал" \У=41,5%; 2-белого подовогО \у=44%.

Рис. 14. Изменения давления теста в зависимости ог площади сечении отверстий матрицы коэффициенты формы валком:

»-3; Л-),5;и-1,0; Л-'.1,75.

Дни научения процесса нагнетания тестообразных масс через мафицу для хлебных палочек и других, кондитерских и макаронных иолуфибрнкаюв использовали матрицы прямоугольной и круглой формами о шерстин, размеры отверстий прямоугольной формы 12x80, 12\18, круглой формы 05 ; 02 мм.

Изменения давления в области деформации в зависимости от формы валков, размера отверстий матрицы и режимов нагнетания . иокашш (рис. 14), что при нагнетании тестообразных масс валками с кольцевыми канавками создается стабильное давление по всему сечению мафпцы, способствующее стабилизации ' плотности массы и соответственно улучшению качества формы жгута. Поскольку по сравнению с гладкими цилиндрическими валками обеспечивают увеличенную подачу тестообразных масс. При этом нагнетаемая мдсса, находящаяся в зазорах между кольцевыми канавками, подвергается знлчтельно меньшим сдвиговым деформациям.

Для получения энергетических характеристик вращения валковых щи метателей измеряли крутящие моменты на валу нагнетателей, результаты исследований показывает, что крутящий момент с - ' уменьшением зазора между валками и увеличением коэффициента формы увеличивается при нагнетании в виде жгутов и дозировании геста. '

Оценка нагнетаемой массы. Анализ результатов экспериментов позволил сделать вывод о том,' что основными характеристиками формующих и дозирующих машин, обеспечивающими необходимые и. стабильные размеры, и массу полуфабрикатов являются: Кф,

Г 1осле нагнетания тестообразных масс определяли: равномерность форму жгута по геометрическим параметром (1,с1). Кроме этих

параметров для оценки качества нагнетаемой массы, а также определяли: упругое последействие теста Су,| и влажиостьХК'. Сечения матрицы при этом была равна 0,96-Ю"3 м2, равномерность формы жгута

Ьт =90-100%; Е уп =0,3-0,45; влажность \У=40-41,4%.

С учетом полученных предельных значений этих величин обобщенный показатель качества массы можно выразить следующим образом:

К=---(38)

+0,2^2^3

где,

Ке =Ёу.п.-0,3/0,15 отсюда К,=1-Ке; K2-W- 40/1,5; К,-Ьт-10/90.

Расчеты по формуле (38) показал, что высокое качество нагнетаемой массы (К=0,82-0,85) обеспечивается при следующих конструктивных и режимных параметров: Кф=1-1.,5; М/=0,52-2,09 с '; Ь? =0,03-0,04.

В • шестой главе рассмотрены психореологические свойства ■ *

готовых изделий из муки и определены взаимосвязь между сенсорными и приборными показателями пищевых продуктов.

До настоящего времени показатели качества готовой продукции в основном оценивается сенсорным способом. К" сожалению при сенсорной оценке качества изделий практическ • не контролируется твердость, как соотношение корки и мякиша упруго-пластические и прочностные характеристики, которым потребители придают большое значение. Поскольку эти показатели тесно связаны с.» свойствами готовых изделий из муки как разжевываемое!ь во рту, вкус, толщина 1! т.д.

Для иронелеиия ортанолсптической оценки качества лепешки и inivpciiKa г > >пп(>отанм балльные шкалы-таблицы, позволяющие HciyciaioptiM il метро и объективно провести анализ качества готовых тлслий При составлении шкалы терминология была заимствована из OC I Республики Казахстан и литературных источников.

Определены влияния отдельных машин на свойства полуфабрикатов в подсистемах линий производства национальных шделий и выбраны наиболее целесообразные конструкции машин для ш.фмбш ки данною сорта изделий. Для этого были получены мнпсимосги коэффициента численных значений уровня качества юкишх изделий от давлений и упругого последействия тестовых полуфабрикатов. Давление и упругое последействие теста определяли до дишровання н раскаткой и перед термической обработкой ( выпечка,

-кирка) Коэффициент изменение давлений теста определяли по формуле:л

*

^р" «шч- (39) .

где, ' " '

¡'„.и - давление теста до формования, кПа;

1Ч,,,, -давление массы после формования, то есть перед

термообработкой, кПа.

H peiynivraie исследований, созданы система прогнозирования по помнгпелнм рсолошчсских параметров теста уровень качества готовых

II 1ЛС)1ПП

Дни определения взаимосвязи между сенсорными и приборными iîi'.mi ¡лнчями пшшмх изделий в качестве упруго-пластических i'.:pii>.'iiii< принимали деформацию упругого последействия и н ti|«w.;.h.nic>: уси hic лепешки и Саурсака. После измерения образцы

лепешки и баурсака дегустировались специалистами хлебозавода и оценивались по 5 балльной шкале. Показатели, полученные приборным

и сенсорным способами представлены в табл. 2.

%

Таблица №2.

Изделие Л • Продолжительность охлаждения, мин Р.кПа £) II: Кб ср

Лепешка 42 • 0,48 2

"Тандыр паи" 25-28 38 • 0,74 3

34 0,84 4

32 ' 0,96 5

Баурсакн 78 0,58 2 .

25-28 72 0,89 3

65 0,94 4

60 0,98 5

Как видно из таблицы №2 с изменением деформации упругого последействия и увеличением величины давлений (•усилие нагружения) наблюдается ухудшение органолептнческих свойств готовых изделий. Это объясняется из следующих причин: высокая влажность; содержание корки ниже, чем Г" -ильшая масса; низкий объем пор; разрушение . структуры тестовы , . .¡швок.

В седьмой главе представлено практическое приложение результатов теоретических и экспериментальных исследований. Изложена методика инженерного расчета мноГовалкойой раскатывающей машины и машины для дозирования и формования тестообразных масс. •

На основании результатов исследований и по разработанной методике расчета изготовлены раскатывающие машины непрерывного

действия для полуфабрикатов хлебобулочных, мучных и кондитерских изделий, которые внедрены: на Московской кондитерской фабрике "Красный Октябрь",' на Жамбылском хлебобулочном комбинате, на Лисаковском хлебозаводе Кустанайской Области (рис.15.).

Разработана тестоделительная машина,-которая'прошла испытания на Жамбылском хлебозаводе и ' внедрена на Лисаковском и Жезказганском хлебозаводах (рис. 16).

Разработана формующая машина для тестообразных масс изделий из муки и кондитерского сырья выпрессовыванием. машина конструктивно проста и малогабаритна. Внедрен на Лисаковском и Жезказганском хлебозаводах (рис. 17).

Разработаны технические документации для линии производства: лапши (бешбармак) и хлебных палочек.

Рис. 15. Многовалковая раскатывающая машина.

Рис.16. Тестоделительная машина

Рис.17. Формующая машина для тестообразных масс выпрессрвыванием.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе системного анализа технологических процессов производства казахских изделий из муки созданы методологические основы исследования и научно-обоснованные пути совершенствования процессов, обработки полуфабрикатов в

I

центральных подсистемах линий,

!

2. Определены общие закономерности напряженно-деформированного

I '

состояния теста при статическом и динамическом нагружении. Изучены процессы релаксации и ползучести, протекающие в массе в

условиях одноосного и трехосного сжатия. Даны рекомендации по

!

практическому выбору решения и прогнозирования поведения этих материалов в процессах раскатывания и нагнетания.

I "

3. Ползучесть теста при одноосном сжатии протекает в пределах л- 0,5

. . : | ! ' I

до 1,5 с. Релаксация напряжений в тесте происходит в основном в нервом периоде длительностью 1 с, что указывает на необходимое

время воздействия формующего органа машины на тесто. Например, для теста из муки 1 copra влажностью (44.5-45) при начальном напряжении 52 кПа падение в течение 1 с составило 25 кПа.

4. В условиях трехосного сжатия при циклическом нагружении теста приобретают повышенную упругость, что объясняется уплотнением массы. Упругое последействие массы после трех-четырехкратного деформирования остается неизменным.

5. Построена реологическая модель деформации упруго-вязко-пластичных масс при сжатии и получено ее математическое описание.

6. Для обеспечения текучести и формоудерживающей способности вязко-пластичных масс при деформации, сочетающей в себе элементы растяжения-сжатия и сдвига, теоретически обоснованы способы нагнетания и раскатывания тестообразных масс валками с переменной образующей и развитой поверхностью.

7. Получены аналитические зависимости, связывающие геометрические параметры валков переменной формы и с кольцевыми канавками,

физико-механические характеристики теста, давление, необходимое

» *

для обеспечения текучести и формоизменения массы, и потребную мощность.

8. Аналитическими описаны характер распределения давления в массе при воздействии на нее рабочих органов с криволинейной и развитой поверхностью.

9. Для эффективного деформирования теста при раскатке, валками на начальном участке целесообразно использовать валки, имеющие коэффициент формы от трех до четырех. При уменьшении коэффициента формы валка по ходу раскатки ог трех до единицы-

¡i;uct iccia формуется с минимальным уплотнением, а качественная раскажа lecia происходи! при угловых скирооях 5-6 с'1, для koih|>ci 111.1 \ масс ог 0,2-0,3 с"'.

10 При формовании тестообразных масс валками криволинейной поверхности закон распределения давления имеет колокообразнуго форм), а пиковые его значения обеспечивают текучесть массщ.

11 При нагнетании палками с кольцевыми канавками масса формуется с одинаковой поверхностью, что объясняется отсутствием пульсации давления. Мощность при нагнетании с увеличением коэффициента формы повышается.

12.1 la базе основании методики Л.Я.Луэрмапа и М.Г.Васиева разработана шкала бальной опенки качества изделий - лепешек и баурсаков. Определены взаимосвязь между сенсорной и приборной оценки качества готовых изделий, позволяющие объективно провести анализ их качества.

13 Разработан и создан комплекс оригинальных, защищенных ашорскимн свидетельствами, устройств для раскатывания, дозирования и экструдирования тестообразных масс. Практическое использование разработанных устройств позволило определить взаимосвязь технологических режимных параметров и их влияние на функционирование процессов, определены рациональные параметры, позволяющие получить наибольшую эффективность по основным показателям.

14.Практическое приложение результатов исследований состоит ô следующем:

♦ разработаны многовалковые раскатывающие мич*"мы непрерывного действия для хлебобулочных, кондитерских и мучных изделий, которые внедрены: на Московской кондитерской фабрике "Красный Октябрь", на Жамбылском хлебобулочном комбинате, на Лисаковском хлебозаводе Кустанайской области;

♦ разработана тестоделительная и формующая машины для тестообразных масс выпрессовыванисм для хлебобулочных и кондитерских изделий. Устанопка конструктивно проста, малогабаритна и прошла испытания на Лисаковском, Жезказганском, Жамбылском хлебозаводах.

Таким образом, совокупность выполненных теоретических и экспериментальных исследований можно квалифицировать как решение проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Предложенные разработки могут быть применены не только для хлебобулочных и кондитерских изделий, но и в обработке других вязко-пластичных пищевых масс.

Итоги проделанной работы служат решению задач повышения эффективности производства хлебобулочных и кондитерских изделии, роста производительности труда, улучшению качества продукции.

ОСНОВНЫЕ РЛКОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ НО ТЕМЕ

ДИССЕРТАЦИИ:

1

Отдельные юдаиия ЕМачихин Ю.А., Комогоров Г Л., Бондаренко B.D., Еркебаев

Л

M Ж. Механизация формования тестовых заготовок национальных •сортов хлебобулочных изделий.-М.: ЦНИИТЭИ хлебопродуктов* 1989,-40с.

2. Ерксбаеп М.Ж., Комогоров Г.П., Мачихнп Ю.А., Раскатка тестовых заготовок,- М.: ЦШШТЭГ1 хлебопродуктов, 1993.-30с.

3 Еркебаев М.Ж. Формование и дозирование пищевых масс. Шымкент. 11зд-во городской типографии,) 994.-60с.

4. Итбаев К.Е., Еркебаев М.Ж. Поточные технологические линии пищевых продуктов (рабочая программа, методические указания, контрольные задания). -Республиканский издательский кабинет Министерства образования Республики Казахстан.-Алматы, 1994.-45с.

Статьи а журналах и сборниках

5. Еркебаев М.Ж. Исследование фнзнко-механических свойств теста.// Конференция молодых ученых и специапистов.-М.: ВПИИЗ, 1987.-C.21-22.

6. Еркебаев М.Ж., Комогоров Г.П. Упругое последействие теста при малоцикловом нагружении И Тезисы доклада Шестой Всесоюзной Научно-технической конференции "Электрофизические Истоды обработки пищевых продуктов и сырья. '- М., МИПБ,1989.-с.82.

7. Мачихнп Ю.А., Комогоров Г.П., Еркебаев М.Ж. Совершенствование многовалковой раскатки п разработка устройства .

для формования тестообразных Maicpnaiion. Огчег М ГШ III, тема №90/5,

1990, 17с.

8. Еркебаев М.Ж. Раскатка тестообразных масс палками переменной формы. Авюреф.дис....капдлезн.наук. -М : М 1 ИНГ1.1'.>91 25с.

9. Ерксбасв М.Ж., Комогоров Г П., Мачпхин К).Д. Устройства для раскатки вязко-пластичных пищевых масс// Пишсвая промышленное) ь.,

1991, №7-61-63с.

10. Ерксбасв М.Ж., Комогоров ГЛ., Мачихин Ю.А Раскатка валками конической и бочкообразной формы// материалы 8 Конференции молодых ученых и специалистов, посвященной бО-летию образования М'ГИПП,- М.: 1991,27-31 с.

11. Ерксбасв М.Ж., Комогоров ГЛ., Мачн.хнн Ю.А., Кснесбаев С М. Пронозирование деформации и его 1сомстричсскис характеристики тестообразных масс при формовании валками .переменной формы.-Алматы, 1994.-5с. Деп.в КазНИТИ, №5422 К-94.

12. Еркебаев М.Ж., Комогоров Г.П., Мачихин Ю.А. Физизко-механические свойства тестообразных масс при сжатии - Алмагы, 1994-бс.Ден. в КазНИТИ, №5423 К-94.

13. Еркебаев М.Ж. Аналитические определения давления в тестообразной массе при нагнетании валками с кольцевыми канавками.-Алматы, изд. Инженерной Академии РК, "Наука, техника, технология", сер. Товары народного потребления, 1994.-е. 17-19.

14. Еркебаев М.Ж., Итбаев К.Е. Сравнительные испытания начинконаполнителей для карамели в производственных условиях. -Алматы, 1994.-4с. Деп. в КазНИТИ, №5407, К-94,

15. Еркебаев М.Ж. Влияние параметров и режимов формования на характер распределения теста в области деформации. -Алматм, 1991 -6с Днп. в КазНИТИ, №5366, К-94.

16. Еркебаев М.Ж., Еремеев A.A. Влияние параметров и частоты вращений валков с кольцевЫйй Канавками на точность дозирования -tecra.-Алматы, 1994.-5с. Дн«. в КазНИТИ, №5363, К-94.

17. Еркебаев М.Ж. Зависимость потребной мощности от геометрических и кинематических параметров валков-Алматы, 1994,- 4с. Деп. в КазНИТИ, №5364, К-94.

18. Еркебаев М.Ж. Аналитическое определение давления в тесте и Иотребнойемощности при деформации валками переменной формы.-Алматы, 1994.-6с. Деп. в КазНИТИ, №5365, К-94.

19. Еркебаев М.Ж. Моделирование деформации тестообразных масс fiprt сжатии.// Механика и моделирование процессов технологий, Жамбыл. 1994, №2.

20. Еркебаев М.Ж. Нагнетание тестообразных масс валками с кольцевыми канавками.-Алматы, изд. Инженерной Академии PK, "Наука, техника, технрлогия." сер. Товары народного потребления, 1994.-№2. •

21. Еркебаев М.Ж. Адгезионные свойства песочного теста. -Алматы, 1994-4с. Деп. в КазНИТИ, №5422 К-94.

22. Еркебаев М.Ж., КоМогоров Г.П., Мачихин Ю.А. Раскатка тестообразных масс валками конической и бочкообразной формы.// Тезисы доклада научно-технической конференции.-М., МГАГ1Б. 1994.

23 Нрьебаен М Ж. Влияние параметров и частоты вращения валков на формование тестового пласта. - Алматы, 1994.-6с. Дел. в KatllllTH, №5367,1С-94.

24 Нркебаев М.Ж. Определение физико-механических' характеристик тестообразных масс из опыта на ползучесть./1/ Механика и моделирование процессов технологии, ЖаМбыл. 1995, №1. .

25. Нркебаев М.Ж. Течение вязко-пластичных пищевых масс в »¡шкивом нагнетателе с кольцевыми канавками.// Механика и моделирование процессов технологии, Жамбыл, 1995, №2.

26 Нркебаев М.Ж. Влияние режимов нагружения на релаксацию напряжения « тесте.//Легкая и пищевая промышленность. Алматы, 1995,.

№3 ■ •

*

27 Нркебаев М.Ж. Силовое взаимодействие между оорабатыкаемыми материалами и валками в области деформации.// Легкая и пищевая промышленность, Алматы, 1995 №3. •

Изобретения и патенты

28, Нркебаев М.Ж., Еремеев A.A., Золотое Э.Б., Мачйхин Ю.А. и др. Нагнетатель для вязкопластичных масс: A.c. №1683626 от 15.06.91г.

29. Нркебаев М.Ж., Колмогоров Г.П. Мачихин Ю.А. Устройство для формования вязкопластичных пищевых масс. A.c. №1708226 от 110 <Л|

30 Нркебаев М.Ж., Изтаев А.И., Искакова Г.К. Устройство для (¡-ормоилния пязконлпстнчных пищевых масс. -Заяв. о выдаче патента на и (о(.|«к-нно №950384.1., »8.05.95r.

Abstruct.

There have been set up the main regularities of mechanical processes fm ough treatment in central subsystems of national product production lines

There has been worked out a theory of injecting and rolling processes of ioughy masses by sheeting rolls of variable form and with annular grooves.

There have been defined general regularites of doughy masses tressed-deformed state changes in the processes of static and dynamic loading inder the conditions of unixial and triaxial compression, which allows practical :hoice for forcasting the mass behaviour in the processes of injecting and rolling

Experimentally these has been obtained and generated new extensive mportation on the processes of injecting and rolling by sheeting rolls within :xtensive variation of operating conditions, sizes and forms of sheeting rolles; 011 he basis of these data there has been established some influence of geometric and cinematic parameters of sheeting rolls on the doughy mass flow process and equired power and these have been determined serviccabilite indices of new

There has been determined the interrelationship between instrumental and organoleptic indices of finished products quality estimation.

lools.