автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.14, диссертация на тему:Задачи формования полуфабрикатов из композиции мяса утки

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ

На правах рукописи

Шахназарян Аршак Серехаевич

УДК 637.544:636.597

ЗАДАЧИ ФОРМОВАНИЯ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ КОМПОЗИЦИИ МЯСА УТКИ

Специальность 05.02.14 - Машны и агрегата гощевой прошдиленности

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени ° кандидата технических наук

Мосглза 19Р2

Работа выполнена в ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте птицеперерабатывающей промышленности научно-производственного объединения птицеперерабатывающей промышленности "Комплекс".

Научный руководитель - кандидат технических наук,

ст.н.с. кулишев Б.В.

Научный консультант - кандидат технических наук.

.доцент Дуйденко Б.Н.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Косой В.Д. ■ '- кандидат технических наук, доцент Леонов А.П.

Ведущая организация - Ивановский птицекомбинат

Защита диссертации сосется У*^1" 1992 г. на за-

седании специализированного Совета К.063.46.03 при Московском ордена Трудового Красного Знамени институте прикладной биотехнологии по адресу: 109818, г. Москва, ул. Талалихина, д. 33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " ^ " 1992

Ученый секретарь специализированного Совета, к.т.н., доц.

Венгер К.П.

• ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА "РАБОТЫ

!

:Актуальность теш. Одной из задач птицеперерабатывающей промышленности является увеличение объемов производства и расширение ассортимента продуктов из мяса птицы: полуфабрикатов, колбасно^ кулинарных изделий и др. Актуальность задачи и возможность успешной ее реализации обусловлены следующими факторами: .

- потенциально высокими темпами развития птицеводства;

- рентабельностью производства мяса птицы и рациональным использованием сырья;

- необходимостью увеличения удельного веса птицепродуктов в рационе питания людей.

В настоящее время основное место в объеме производства полуфабрикатов и колбасно-кулинарных изделий из мяса птицы занимают продукты из мяса цыплят бройлеров, а на выработку подобных продуктов из мяса утки практически не уделялось внимания, хотя по своим высоким диетическим и пищевым качествам мясо утки не уступает мясу других сельскохозяйственных птиц. Кроме того 40 % тушек уток и утят подлежат промышленной переработке по таким дефектам, как подсид, пенковатость, царапины и прочее.

В результате исследований сотрудников. НПО "Комплекс" в этом направлении был разработан ряд рецептур формованных полуфабрикатов включающих в себя бескостное кусковое мясо утки, мясо утки в виде фарша и различные пищевые добавки, повышающие. вкусовые и питательные качества продукта, а также адгезионную способность компонентов. В связи с этим возникла необходимость научно-обоснованного, рационального выбора режимов процесса формования изделий данного типа и разработки на их основе соответствующего оборудования, позволяющего при соблюдении всех технологических требований обеспечить высокое качество и рентабельность выпускаемой продукции.

Диссертационная' работа выполнялась на основании хоздоговора с ВПНО "Союзптицепром" на 1988 - 1991 годы в соответствии с отраслевой научно-технической программой: "Повышение технического уровня птицеперерабатывающей отрасли на' основе комплексного внедрения средств механизации, автоматизации и прогрессивных технологических процессов" по теме 1-91 "Создать технологические процессы и оборудование по вндэлонию и использованию кускового мяса уток при производстве готовых продуктов".

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка научных основ проектирования высокопроизводительны? доэировочно-формуадих машин для производства формованных продукта - в частности полуфабриката "Формованный шницель из мяса утки".

Для достижения этой цели решались следующие задачи:

- создание математической модели механических свойств сырья, предназначенного для приготовления полуфабриката "Формованный шницель из мяса утки";

- исследование влияния параметров процесса формования (давление прессования и длительность его воздействия) на формосохранеюк конечного продукта;

- создание математической модели процесса формования;

- определение энергозатрат на процесс формования;

- разработка инженерной методики расчета геометрических, кинематических и технологических параметров процесса и рабочих органо: дозировочно-формующих машин.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые на осно ваши экспериментальных исследований получена математическая модел вязко-упругих свойств сырья из композиции мяса утки с использовали ем аппарата наследственной механики твердых тел; проведено прямо определение параметров дробно-экспоненциального ядра пользучести прййятого для описания меуедгического поведения композиции из мяс утш при гидростатическом сжатии; получены корреляционные зависи мости мевду энергией связи компонентов продукта и параметрами про цеееа' формоваг'щ; математическая модель процесса.формования, учитн вавдая формосохранность конечного продукта, на базе которой разре ботвна инженерная методика расчета всех параметров процесса и рабе чих органов дозировочно-формувдих машин роторно-барабанного типа получена зависимость для определения работы процесса формования не зависимо от способов его осуществления.

Практическая ценность и реализация результатов. £азработа* инженерная методика и алгоритм расчета рабочих органов дозировочне формующих машин роторно-барабанного типа. В соответствии с предлс женной схемой разработана конструкторская документация и изготовле экспериментальный образец машины, прошедший промышленную проверку,

Апробация работы. Основные положения и результаты исследован! доложены на Всесоюзной научно-технической конференции "Качест) сырья мясной промышленности и пути рационального и эффективного е: использования" (Москва, 1990• г.).

Публикации. По основным результатам выполненных .исследован

публиковано 4 печатных работ, в т.ч. получено I положительное реше-ше о выдаче патента.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из ¡ведения, пяти глав. Работа изложена на 127 страницах машинописного ■екста, содержит 12 таблиц, 29 рисунков, и список литературы, состоящий из 106 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ состояния производства и употребления мяса утки пока-1ал, что в настоящее время комплексная переработка и производство [родуктов из мяса утки является весьма актуальной задачей для пти-[еперерабатыващей промышленности. Сотрудниками НПО "Комплекс" уже деланы первые шаги в этом напрвлении. Разработаны и внедрены в [роизводство машины Я6-ФРУ и Я6-ФБГ для выработки продуктов "Утка «обительская",. "Утка в собственном соку", "Пострама утиная", машина [6-Ф00 для получения кускового мяса после выделения стволовой части «орочков. Разработана рецептура и способ получения полуфабриката Формованный шницель из мяса утки", максимально приближенного к из-[елию из натурального мяса. В состав рецептуры указанного продукта жодят кусковое мясо утки (в виде кубиков),, средний размер которых |-10 мм, мясо утки в виде фарша и различные пищевые добавки, повы-;авдие вкусовые качества продукта и адгезионную способность его омпонентов. Одной из важнейших технологических операций в произ-одстве изделия является формование, в процессе -которого должны существлятся дозирование порций и придание им заданной формы путем рессования под воздействием необходимого давления, температуры и лительности их воздействия.

Механические процессы переработки мясопродуктов сопровождаются иловыми воздействиями на него со стороны рабочих органов соответ-твующих машин. При этом происходят процессы деформирования сырья, опрововдакхциеся нагружением его различными по характеру усилиями, араметры напряженно-деформированного состояния сырья непосредст-енно влияют на энергетические показатели процесса переработки. По тому необходимо для проведения инженерных расчетов при разработке конструировании новых видов технологических машин учитывать меха-ические свойства сырья. Сни обычно .формулируются в виде физических аконов, связывающих напряжение; деформацию, температуру и время. В аком виде они представляются как математические модели механичес-ого поведения тел под нагрузкой для построения которых необходимо

исследовать их поведение в условиях, близких к реализуемым в технологиях механической переработки.

В настоящее время сведений по механическим свойствам различных тканей животного происхождения явно недостаточно. В мясной промышленности моделированию механических свойств биосырья животного происхождения посвящены многие работы Пелеева А.И., Ивашова В.И., Горбатова A.B., Косого В.Д., Дуйденко Б.Н., Андреенкова В.А. и других. В основном эти сведения носят узко прикладной характер, что не всегда дает возможность•использовать их для решения конкретных инженерных" задачах.

При формовании прессованием, напряженно-деформированное состояние сырья можно рассматривать как трехосное сжатие, весьма близкое к гидростатическому. По этому образцы из композиции подвергались испытаниям на гидростатическое сжатие..

' Объемное сжатие исследуемых образцов осуществлялось в цилиндре с поршнем, создающим гидростатическое давление. В качестве рабочего тела применялся 30 % водный раствор глицерина, обладающей достаточной вязкостью и пренебрежимо малой, по сравнению с образцами, сжимаемостью. В качестве объекта исследования использовалось сырье, предназначенное для изготовления полуфабриката. "Формованный шницел! из мяса утки". С целью изоляции от рабочего тела образцы помещалиа в полиэтиленовые мешочки и подвергались вакуумированию с последующей , герметизацией сваркой. Температура образцов поддерживала^ +2°С, что диктовалось технологией изготовления полуфабриката.

Предложенная в работе методика исследования .механических свой ств выше указанного сырья преследовала цель получения достаточног объема эмпирической информации, необходимой для построения матема тической модели. Она включала в себя получение диаграмм деформиро вания, кривых ползучести и релаксации напряжений. -

В качестве•измеряемых величин в ходе экспериментов выступали давление жидкости внутри цилиндра с поршнем - Р, сжимаемо.сть обраг ца - б и длительность воздействия силового фактора на образец - t, Давление в цилиндре, при испытании на релаксацию напряжет создавалось разрывной машиной. MF-500T-2. При испытании на полз; честь, постоянство давления обеспечивалось нагружением фиксирова ними мертвыми грузами нижней тяги нагружающего устройства.

На рис. I. представлена схема измерений перемещения што поршня. Размеры L и S известны, измеряемой величиной является Эта величина измерялась с помощью штангенциркуля с точностью 0,01 мм. Величина Н определялась из выражения:

Н = L + X - S

Величина й установливается по показаниям двух индикаторов перемещения часового типа с ценой деления 0,001 мм.

Относительное изменение объема, образца - 9, рассчитывалась по формуле :

11

е = — (2)

н

В процессе создания модели механических свойств биосырья, необходимо знать характер функциональной зависимости между деформированным и напряженным состояниями тела (линейная, нелинейная и т.д.). Поэтому изучение механических свойств началось с построения статической диаграммы дефоршфования образцов, так как эта диаграмма дает информацию о характере изменениязависимости между деформированным и напряженным состояниями (рис. 2).

Р'10"5Па

штока поршня.

Поскольку все реальные процессы протекают во времени, то наря ду.со статической диаграммой деформирования образцов, большой интерес представляют диаграммы изменения деформации и напряжения в нагруженном образце во времени (рис 3,4), что дает возможность,получить математическую модель механических, свойств сырья, которая связывает все основные характеристики во времени.

в

0.1

0,08

' Рис.3. Кривые ползучести образцов при гидростатическом давлении. Температура сырья: Т= +2°С

(1) - Р = 0,16'Ю5 Па;

(2) - Р » 0,30-Ю5 Па;

(3) - Р = 0.4Б-Ю5 Па;.

(4) - Р = 0,60-Ю5 Па (Б) - Р =.Ю5 Па.

1.6

1.2

0.8

0.4

О

Р'10-5Па

5

и

5

2

^ -

X/

20

.40

1;,с 60

Рис. 4. Кривые релаксации, давления в образца? при гидростатическом сжатии.

Температура сырья: Т= +2С (I) - в = 0,02;

- в = 0,04; .

- в =0,06; - в = 0,08; - е = 0.1:

(2)

(3)

(4)

(5)

Для проверки достоверности полученных экспериментальных данш представляло интерес построить, изохронные кривые как на основан] испытаний на ползучесть, так и на основании испытаний на релаксащ давления (рис.5).

Общий вид изохронных кривых (рис. б.), как.и кривой деформир вания (рис.3.), свидетельствуют о нелинейности зависимости мек

),25

),Б0

1,75

О

Рис. б. Изохронные кривые ползучести и релаксации:

- построенные по кривым ползучести;

- построенные по кривым релаксации.

(1) - г = 0 с;

(2) - г = 5 с;

(3) - г = 20 с;

(4) - г = 40 с;

(5) - t = 60 с;

0,025 0,050 0,075 0,100

явлением гидростатического сжатия Р и относителтьной объемной сжижаемостью 9, что дает предпосылку о том, что математическую обра-Зотку экспериментальных данных следует вести в рамках моделй нели-1ейной наследственной теории вязко-упругости Ю.Н. Работнова.

Вообще определение вязко-упругих характеристик композиции монет проводиться в рамках упруго-наследственной теории Зольцмана -Зольтерры или нелинейно-наследственной теории Работнова Ю.Н. Кавдая <13 этих, теорий в определенных пределах используется в научных исследованиях при описании механического поведения полимеров вообще и Зиополимеров в частности. Поскольку биоткани относятся к высокомолекулярным системам'- биополимерам, то логично математическую обработку экспериментальных данных, учитывая пределы применимости, вести в рамках этих теорий. Эти теории постулируют связь между напряжениями, деформациями и временем в виде интегральных уравнений.

Уравнения пользучести при нагружении образцов гидростатическим давлением имеют вид:«

t

(3)

о

по теории Больцмана-Вольторрч;

-I

(4)

о

г*

по теории Работнова.

Уравнение (3) является линейным интегральным уравнением. Он утверждает, что величина относительного изменения обьема при ползу чести, накопленная в течении заданного времени, пропорциональн действующему давлению. Для всех материалов,обнаруживающих ползу честь, в том числе и для данного сырья, можно указать некоторую ос ласть давлений, в пределах которой данное утверждение верно. Эч легко обнаружить по изохронным кривым, построенным на основе кривь ползучести (рис.5).

"На -рис. 7. выделены линейные участки изохронных кривых. < пределами этих участков связь между действующим давлением и othoci тельным изменением объема в любой момент времени нелинейна и слэд< вательно необходимо пользоваться нелинейным интегральным уравнен» (4). В качестве ядра ползучести K(t) большое распространение пол; чило ядро Работнова:

K(t)=3a (p,t) ; (

где: -1< a < р>0.

Здесь:

pntn(1+a) Эа = ta > -

п=о

- дроОно-экспоненвдальная, или Эд - функция; Г - гамма функция Эйлера.

Резольвента ядра вида (5) также представляет собой ядро т (5) только с некоторыми другими параметрами. Указанное обстояте, стьо делает ядро вида (5) удобным для инженерных расчетов.

Упомянутые•выше законы линейной и нелинейной наследственно!

в трехмерном случае могут„быть записаны, соответственно., в виде:

*

в(г)= 1- |ш>+|к(а рд-т)Р(т)<|(1>| .

ф[8(г)]= Р(г)+|к(а р,г-1)Р(а)а(т;) . о

Соотношения (7.) и (8) с ядрами (5) могут быть использованы определения закона изменения относительного уменьшения■объема -

функции времени t, при заданном произвольном законе изменения явления - P(t). Параметры аир принимаются за константы, характеризующие механические свойства сырья, а определение их следует гроизводить из экспериментов на пользучесть. В опытах на пользу-юсть, когда P(.t)=const=Po соотношения (7) и (8) перепишутся в виг te:

t

6(t)= (-P.t-x)daJ . (9)

о

t

<pt9(t)]= Po|l+|3a (-p.t-TOlCoj . (10)

о

Исходная информация обычно задается в виде экспериментально полученных кривых ползучести, например на рис. 3. Задача состоит в том, чтобы по имеющейся совокупности экспериментальных точек 8=8(1^), 8=9(t2), ... 8=9(t^) образующих кривую пользучести (рис.3), найти параметры аир аппроксимирующей кривой 8(t), построенной по формулам (9) и (10). Из-за чрезмерной сложности аналитического выражения интегралов в правой части (3), (4) непосредственное решение задачи оказывается практически невозможным.

Для упрощнения задачи используем известную идею с применением преобразования Лапласа-Карсона, когда необходимые параметры аир определялись непосредственно по изображению без перехода к орггаа-лу. Такой метод применим только к линейному соотношению (9), т.е. когда изохронные кривые ползучести - прямые линии. На рис.7 видно, что прямыми линиями являются начальные участки изохронных кривых.

Воспользуемся методом' поиска наилучшей модели в классе нелинейных моделей вида (8). Метод заключается в следующем: в начале выделяются линейные .участки изохронных кривых ползучести (рис.5) и по ним определяются параметры ядра путем использования линейного соотношения Больцмана-Вольтерра (9). Затем по определенным параметрам механических свойств сырья и данным экспериментов вычисляется по формуле (8) и функция мгновенного-деформирования фСв<t)].

Применим преобразование Лапласа-Карсона к выражению (9) получим -изображение:

или,

в*Р>- g И* : I ■ (">

в(р)

6(0)

= 1 +

^77

<123

где:

р - параметр преобразования;

6(0) - относительная объемная сжимаемость в момент времени г=0.

Теперь необходимо осуществить преобразование Лапласа-Карсона I исходным экспериментальным кривым ползучести, изображенных ш рис.3: Для этих целей кривые ползучести Э-Х перестроим в координатах - 1;. На рис. 6 показан ход этих кривых. Сравнительно не-

1,55 1.50

вэ(г)/в(0)

1.25

1,00

1

2

"^ЮТ/

/

а/ г,с

1.55 1,50

еэш/е(0)

1.25

20- 40

а.

60

1.00

/1 / 1 / 1 / 1 ' \

20

40

6С

О.

Рис. 6. К аппроксимации кривых ползучести.

а) Кривые ползучести, отнесенные к начальному значению величины относительного сжатия (при I = 0).

б) Осредненная кривая ползучести.

большое расховдение в их ходе позволяет в рассмотрение ввести од кривую, являющуюся их осредаэнием, которую аппроксимировали с вые-кой степенью точности полиномом второй'степени вида:

е©(г >

6(0)

= сЛ + Ы + с .

(1

где:

а, Ь, с - константы. ■

Для вычисления коэффициентов а, Ь и с, использовалась сте дартная программа, базирующаяся на методе Наименьших квадрате Изображение экспериментальной кривой имеет вид:

0Э(р)

еэ(0)

*

= р|(сп2+м+с)е р*сп + р|(аг2+&г+с)в р(т. (ш

где: • ■

- определяется на основании предельной величины в, при которой начальные участки изохронных кривых можно еще аппроксимировать прямыми линиями: 17 с. Так как:

|(аг2+М+с)е р*с31; + 0 приЧ,+ » ,

(16)

то всегда можно при некотором значении ^ выбрать такую величину параметра преобразования Р равную Рэ, начиная с которой и выше, этим интегралом можно принебречь.

После интегрирования соотношения (14) получим следующее выражение для изображения аппроксимации экспериментальной кривой ползучести:

бе (рЛ 9(0) ]

- е

-рЦ

* ^ * Л р р

-рЦ

1 -

(р^+^Ь + - о РК)с . + ае

-Рь г 21, 21

Ь е

[рХ + 1]

+ с е~р*»

(16)

Как показали расчеты величина Рз, при которой вторым интегралом формулы (14) -с точностью до 1% можно пренебречь, равна: Рэ=1014 И/чЬ

Для расчета параметров а и р. входящих в формулу (11) и принятых номи за параметры механических свойств композиции, построим оценочную функцию в виде:

Р„

Ра Ре -1-

а +

1-

(РЛ+ 1)

Ъ +

*

н

-рЛ

(1-е >>-

РГ +

Ф(а.р)

<17)

Теперь задачу нахождения параметров механических свойств сырья аир можно поставить следующим образом: требуется найти параметры аир, которые обеспечивают минимум оценочной функции Ф(а,р).

Минимизация оценочной функции произведена по методу Хука-Дкивса. В данном методе совокупность параметров аир рассматривается как вектор в двухмерном пространстве 5. Задаются некоторым начальным значением этого вектора х0 и сообщают ему приращение Ох. При этом определяют то напрвление вектора приращения, при котором значение функции уменьшается. Двигаясь такими последовательными шагами в конце концов приходим к значению х, которое минимизирует оценочную функцию.

Для вычисления параметров аир была разработана программа на алгоритмическом языке Бейсик. Значения параметров механических свойств приведены в табл. 1.

Функция мгновенного деформирования <р{0<1;)] может быть, представлена диаграммой деформирования композиции при гидростатическом сжатии (рис. 2), которую удобно аппроксимировать степенной зависимостью в виде

<р[9(1;)]=1ец'. (18)

.Коэффициенты Ъ и ш токе являются константами механических свойств композиции и определялись по стандартной программе, базирующейся на методе наименьших квадратов.

Таблица 1

Значения параметров механических свойств сырья из компози-■ ции мяса утки.

а Р I 10~7Па \о

- 0.53 0.38, 7.37 Г. 36

Таким образом, математическая модель мешшческого поведения

сырья приобретает конкретный вид: 4 " п

Ш"= Р(Д) +

|(1-т;) )г

О п-0

Г((пИ }(На)1

РСОсЛ:

(19)

Соотношение, описывающее механические свойства сырья обратное формуле (19) имеет вид:

t со п(1+а)

туГ аГ я <М)(*-т> т

РШ= ж0- (г-т)а > (-1)"- ш"{х)а(1) (20)

1 г[(п+1 )(1+а)]

о п=о

Механические процессы переработки мясопродуктов, характеризуются большим количеством и многообразием параметров, определяющих протекание процессов в определенных режимах, научно обоснованный выбор которых является важнейшим фактором при разработке методов расчета оборудования, для определения оптимальных геометрических, энергетических и кинематических параметров машин.

В процессе формования мясопродуктов прессованием основными параметрами, определяющими режим формования, являются температура обрабатываемого сырья - Т, давление прессования - Р и время его воздействия - X. В качестве критерия режима формования нами принимался фактор сохранности полученной композицией формы, после ее дальнейшей-технологической обработки (панирование, хранение, тепловая обработка). .

Сохранение формы изделием в результате указанных технологических операций, может быть обеспечено соответствующей структурой внутренних связей между кусочками мяса и фаршем, а также между кусочками фарша. В результате анализов характера нарушения формы изделий установлено, что главную роль, в ее сохранности играет связь Между фаршем, как единым целым, и кусочками мяса.- Связь фарша в единое целое обеспечивается наличием соответствующих добавок (изо-лят соевого белка; казеинат натрия и мука).

Сохранение формы изделием в готовом к употреблению виде обеспечивается внутренней структурой формованного полуфабриката. Косвенно о характере внутренней структуры можно судить по величине энергии отрыва кусочка мяса от адгезива. Очевидно существует такое минимальное значение энергии отрыва, соответствующее той структуре, при которой еще сохраняется форма готового изделия.

Полагая, что структурная связь между элементами композита обеспечивается как величиной давления прессования, так и длительностью его воздействия, было необходимо проверить предположения о том, что большему давлению прессования должно соответствовать меньшее время е'го воздействия.

Для проверки такого предположения, были проведены эксперименты.

в ходе которых основными измеряемыми параметрами полагали давление прессования, время его воздействия и энергию отрыва кусочка мяса от адгезива.

В ходе экспериментов необходимо было получить ряд значений энергии отрыва кусочка мяса от адгезива, из которого можно выделить то минимальное значение, при котором форма готового изделия еще сохраняется.

Из предварительных опытов была установлена максимальная величина давления формования - 6«104 Па, при превышении которой происходит интенсивное разрушение клеточных структур композиции, что в свою очередь сопровождается выделением мясного сока и внутриклеточного жира. В результате этого конечный продукт резко ухудшал свои органолептические свойства.

После установления верхнего предела давления формования, задачу нахождения минимальной энергии отрыва можно поставить следующим образом: необходимо найти.то минимальное время воздействия давления прессования равного 6»104 Па, при котором форма готового продукта сохраняется и при таких параметрах нагружения определить энергию отрыва кусочка мяса от адгезива.

Для этой цели была проведена серия экспериментов. При этом использовалось мясо кусковое с кожей грудной части тушек уток. Адгезии приготовляли из фарша мяса утки, полученного измельчением кускового мяса на волчке с диаметром отверстий решетки 3 мм. В качестве связующей добавки был использован изолят соевого белка. Средний размер кусочков мяса 0,01»0,01«0,01м. Формование производили при давлении прессования Р=6«104 Па и температуре (О- +4)°С. Время воздействия давления меняли с шагом равным 1 с до тех пор пока не получали удовлетворяющий результат. После формования полученные изделия хранились при температуре (О- +4)°С в течении 48 часов после чего подвергались тепловой обработке. Статистическая обработка результатов эксперимента представлена в табл. 2.

Критерием приемлимости режима формования было принято сохранение формы изделия без видимых нарушений в виде трещин, или распада продукта на части. В таблице 2 знаком "+" помечены те случаи, когда после тепловой обработки не наблюдалось видимых изменений формы. Знаком - когда имелись отмечашше ваше отклонения.

Для того чтобы проверить предположение о юм, что большему давлению формования должно соответствовать меньшие время его воздействия, представляло интерес проводить такие ж-* икснеримишн, только атом случаи варшровгт, не временем ьос^Инлвил дщммшя, у иямим

давлением прессования. Результаты такого эксперимента приведет в таблице 3.

Анализ данных таблиц 2 и 3 позволяют установить, что величина энергии отрыва, соответствующая приемлимым режимам формования изделия является приблизительно постоянной величиной и можно принять равным - Эот = 2*10""3 Дж.

Результаты экспериментального исследования влияния параметров режима формования на формосохранность готовых продуктов.

Таблица 2

Давление фор- Время воздейст- Энергия отрыва, Формосохранность

мования, Па вия давления, с Дж готового продукта

6*104 1 1,60«10~3 • _

2 1,67*10~3 -

— 3 1,84-ЮТ3 -

— 4 1,93*10"3 +

— , 5 1,96*10~3 +

— 6 1.,97*10~3 +

20 1,98-10"3 " +

— 40 1,98*10"3 + .

Таблица 3

Давление фор- Время воздейст- Энергия отрыва, Формосохранность

мования, Па. вия давления, с Дж готового продукта

0,5*104 7 1,70« Ю-3 _

1,0*104 --- 1,7б«10~3 -

1,5*104 1,80«10-3 -

2,0*104 --- 1,84*10-3 -

2,5*104 --- 1,90»10~3 +

3,0*104 --- 1,95 * 10-3 +

3,5*104 --- 1,97*10-3 +

Для оптимального выбора параметров режима формования (давление прессования и время его воздействия), необходимо моделировать процесс формования. Поскольку формосохранение готовых продуктов, непосредственно, связано с энергией связи компонетов композита, то

критерием в процессе моделирования нами была принята энергия отрыва кусочка мяса от.адгезива.

Для разработки математической модели применен метод математического планирования эксперимента. В качестве влияющих факторов выбраны: давление прессования и время его воздействия , а в качестве результирующего фактора принято усилие отрыва кусочка мяса от адгезива.

Температура адгезива и цельных кусочков мяса брались в пределах (0-4)°С, и как влияющий фактор она не рассматривалась, так ка! из предварительных опытов установлено очень незначительное влиянш температуры при ее изменении в указанном интервале. Как видно и: таблиц 2 и 3 между влияющими и результирующим факторами существуй1 нелинейная зависимость, для чего был применен центральный компози ционный ротатабельный план эксперимента, рэализация которого позво лил представить модель как многочлен второго порядка:

Эот = 7,5*10~4+ 2,7*10~4[1е|Рп|] + 1,56«10~4[1е|I|] +

+ г,55«10~5[1£|Рп|1£|«|] - 1,45И10~5[18|РП|]! '(21

Статистическая проверка адекватности уравнения модели проводе на путем сравнения расчетного и табличного критического значс ния критерия Фишера (?т).

Для процесса формования прессованием, основным техническим п( раметром является работа затраченная на объемное сжатие изделия. 1 рассмотрения физической картины процесса формования, процесс мои разделить на две стадии: первая стадия осуществляется в интерва, времени, необходимого для. достижения давлением величины давлен формования; второя стадия - осуществляется в интервале времени, н обходимого длительности его воздействия.

Средняя работа затраченная на процесс прессования будет: П = П1 +Пг

где:

П1 =

ип

(1 + 1 /VI) о Ур % <1г Н

/ < чп „п /-Ип+1) (1+а)+1+ш

I

п=0 Г! (п+1 ) (1+а) ] I. {п+1 ) (1+а)

.(п+1 )(1+а)

П2 =

(П+1)(1+а)+1 ггп

) ]1}у/4 ип ; <22)

(1+1/Ш) |

Рп 1с <ГН 1 + )

Л п=о

£ 1 п

(п+1 )(1+а)

(п+1)(1+<х)

1 /ил

(-1 )п р"

ГКп+1 )(1+а)]

4 ¿1/ш(Г2п - Пп) (23)

По данным анализа патентного поиска и существующего отечественного и зарубежного оборудования, предназначенных для формования мясных изделий, с конструктивной точки зрения необходимые параметры режима формования легко можно обеспечить на дозировоч-но-формующих машинах роторно-бврабанного типа.

На основании упомянутых исследований разрабатывались инженерная методика и следующий алгоритм расчета рабочих органов вышеуказанной машины:

1. Исходными данными для расчета являются: 0 - производительность машины; шо, <1 - масса и диаметр конечного продукта; Рп' - наибольшее давление прессования; Эот - величина энергии отрыва кусочка мяса от адгезива; а, р, I, ш - параметры Механических свойств сырья.

2. Расчет параметров рабочих органов машины начинается с определения наружного и внутреннего диаметров ротора:

Ш =

2 (1 ш .

9

%

Ювн = Юн - 3(1 + 2Н,

где:

ш - число ячеек в одном ряду ротора; й - диаметр ячейки; Н - толщина изделия:

Н =

4 П1о % й2 р

то - масса изделия; р - средняя плотность сырья. 3. Для расчета геометрическг" характеристик кулачка-копира

строится график зависимости хода поршня А от интервале длительности одного оборота Тц (рис. 7). а - угол, соответствующий промежутку времени 1;з, необходимое для за полнения сырьем одной ячейки ро тора:

гз =

времени t в

60 d

а =

тс п Юн

120 d Dh

р - угол, соответствующий промежутку времени tno, необходимое для достижения давления в ячейке ротора до величины Рп (выбирается из конструктивных соображений). 7 - соответствует времени,, необходимое для воздействия постоянного давления Рп:

7 = 2% n (tn2-tm), п - число оборотов ротора. (tn2-tni) - время воздействия постоянного давления, которое определяется из выражении (21). R - радиус базовой окружности кулачка-копира, который рекомендуется выбирать из соотношения r _ Рвн 3

Размер С соответствует наибольшему хода поршня при выталкивании изделия из ячейки.

На рис.8 показана расчетна схема кулечка-копира. В области угла 7 профиль кулачка определяется текущим радиусом - р = R + A(t), где:

A(t) = H 9(t), о(t) - относительное изменение объема в рассматриваемый момент времени t и определяется из выражения (1Э).

рад

Рис.7. График 'зависимости хода поршня от времени в интервале длительности одного оборота.

Рис.8. Расчетная схема кулачка-копира.

4. Выходя из давления, необходимого для полного заполнения ячейки ротора сырьем, а также производительности машины, производится расчет питателя.

5. На основании формул (22) и (23) рассчитываются энергозатраты на формование.

6. Разрабатывается принципиальная и кинематическая схемы машины.

7. Формируются исходные данные для прочностного расчета и подбора привода.

На основании разработанной принципиальной схемы и инженерной методики расчета создан экспериментальный образец дозировоч-но-формующей машины роторно-барабанного типа, который успешно прошел испытания в условиях ЭПЗ НПО "Комплекс". Машина преднаЭг начена для работы в составе комплексно-механизированных.линий.

ОСНОВНЫЕ- РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

I- На основании экспериментального изучения механического повёдения сырья из композиции мяса утки, предназначенной для производства полуфабриката "Формованный шницель из мяса утки", под воздействием гидростатического давления,, получена математическая модель механического поведения указанного сырья на основании нелинейной наследственной теории Работнова D.H.

2. Экспериментальным путем получены корреляционные зависимости между энергией связи компонетов продукта (фарш, кусковое мясо), параметрами процесса формования (давление формования и время его воздействия) и формосохранностью конечного продукта.

3. Методом математического планирования эксперимента получена математическая модель процесса формования учитывающая фор-мосохранность готового продукта.

4. На основании математической модели процесса формования и физической картины процесса предложена методика расчета удельной работы процесса формования.

5. Разработана инженерная методика и алгоритм расчета параметров ■ рабочих органов дозировочно-формуицей машины роторно-барабанного типа. На основании этой методики разработана конструкторская документация на дозировочно-фэрмукхцую машину Э-684. Экспериментальный образец машины успешно прошел промышленную проверку в условиях ЭПЗ НПО "Комплекс". .

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Шахназарян A.C. Исследов' те механических свойств сырья

из кускового мяса утки. В кн.: Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Качество сырья мясной промышленности и пути рациональого и аффективного его использования". _ М.: ВНИИКИМП, сентябрь 1990, с. 124-125.

2. Кулишев Б.В., Дуйденко Б.Н., Катюхин В.А., Шахназарян A.C. Математическое моделирование механических свойств мышечных тканей мяса утки. ВИНИТИ. Депонированные научные работы. 1991, Л 4 (234), с. 77.

3^ Гоноцкий В.А., Ловчев С.И., Федина Л.П., Попков В.Н., Шахвазарян A.C. Способ производства формованного продукта и: мяса птицы. Положительное решение * 4876579/13/104669 оч 29.04.91г. ВНИИГПЭ о выдаче патента.

4. Кулишев Б. В., Мартыновский Б. В., Шахназарян А. С Зарубежное оборудование для производства продуктов из мяс< птицы: Обзорная информация. _ М.: АгроНИИТЭИММП, 1991. - 44 с.

ОБОЗНАЧЕНИЯ

6 - относителтное изменение объема; Т - температура, °С; - время, с; PQ- гидростатическое давление. Па; KQ- модуль гидро статического сжатия. Па; Р - давление, Па; 9(t) - сжимаемост как функция, времени t соответствующего рассмотрыбаемому момент времени; (t-t) - время прошедшее от момента начального нагруже ния до рассмотрываемого момента t; K(t-x) - ядро ползучести <p[6(t)l - некоторая нелинейная функция сжимаемости; Эа- дроби экспоненциальная функция, Г - гамма функция Эйлера, Р - безраз мерный параметр преобразования Лапласа-Карсона; Рв - начально значение безразмерного параметра Лапласа-Карсона, ч-1; а - коь станта аппроксимационного полинома, ч~г; Ь - константа аппрокс* мационного полинома, ч-1; с - безразмерная константа аппроксимЕ циошюго полинома; а, ß, w - безразмерные параметры механичёск! свойств исследуемого сырья; L - параметр механических свойст исследуемого сырья. Па; Эот -энергия, затраченная на отрыв кз сочка мяса от адгезива, Дж; tin - некоторое время, необходимс для достижения заданной величины давления Рп, с; (tn2-tni) время воздействия постоянного давления Рп, с; Рп - величина по< тоянно действующего давления, Па;'VP - скорость процесса доси