Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор современных методов моделирования процессов обработки пищевых масс 13
1.1. Анализ современных методов механической обработки пищевых масс как основа синтеза инновационных решений 13
1.2. Статистический анализ функционирования карамелеформующего участка карамельного производства 19
1.3. Методы математического моделирования процессов - аналогов обработки карамельной массы 27
1.4. Исследования физико - механических свойств пищевых дисперсных систем и их роль в моделировании процессов механической обработки пищевых масс 35
1.5. Ретроспективный анализ развития конструкций карамелеформующего оборудования 45
Выводы по главе 1 52
Глава 2. Экспериментальное исследование физико - механических свойств карамельной массы и методов её формования 54
2.1. Вискозиметрическое исследование карамельной массы в интервале температур формования 54
2.2. Исследование процесса теплообмена при охлаждении карамельной массы 64
2.3. Исследование процесса обкатки карамельного цилиндра 73
2.4. Изучение специфических свойств карамельной массы проявляющихся при вытяжке 82
2.5. Изучение свойства карамельной массы, проявляющееся в процессе формования жгута как «механическое стеклование» 88
Выводы по главе 2 92
Глава 3. Математическое моделирование процессов формования карамельной массы методами раскатки и обкатки 93
3.1 Раскатка пласта карамельной массы с учетом уширения 93
3.2. Теоретический анализ взаимодействия валков обкаточной машины с поверхностью карамельного батона 100
3.3. Математическая модель процесса формования карамельного батона 105
Выводы по главе 3 118
Глава 4. Математическое моделирование процессов формования карамельного жгута 119
4.1. Вытяжка карамельного жгута без начинки 119
4.2. Вытяжка карамельного жгута с учётом давления начинки 123
4.3. Калибрование карамельного жгута круглом замкнутом калибре... 131
Выводы по главе 4 140
Глава 5. Моделирование механических процессов обработки кондитерских полуфабрикатов 141
5.1. Взбивание белково-сахарных смесей в роторной машине 141
5.2. Движение карамельной массы в тянульной машине 149
5.3. Ультразвуковая гомогенизации водно-жировой эмульсии 157
5.3.1. Модели распределения жировых шариков водно-жировых эмульсий как основа анализа и совершенствования процесса диспергирования 157
5.3.2. Экспериментальная оценка процесса ультразвуковой гомогенизации путём анализа кривых распределения жировых шариков эмульсии 161
Выводы по главе 5 168
Глава 6. Изучение свойств сырья и полуфабрикатов методами вискозиметрии 170
6.1. Теоретическое обоснование расчёта погрешности ротационного вискозиметра, обусловленной эксцентриситетом вала ротора 170
6.2. Оптимизация размера зазора ротационного вискозиметра 179
6.3. Теоретическое обоснование расчёта скорости сдвига нелинейных вязко-пластичных сред в зазоре ротационного вискозиметра 181
6.4. Определение периода тиксотропного восстановления вискозиметрическим методом 196
6.5. Вискозиметрическая оценка дисперсности эмульсий 206
6.6. Вискозиметрическая оценка условий инверсии водно-жировой эмульсии 212
6.7. Проект стандартной методики вискозиметрических исследований пищевых дисперсных систем в ротационном вискозиметре 216
Выводы по главе 6 221
Глава 7. Разработка инновационных решений в конструкциях машин для формования карамельных батона и жгута 222
7.1. Опытно - промышленный образец обкаточной машины вертикального типа 222
7.2. Опытно-промышленный образец жгутовытягивающей машины 230
7.2.1. Расчёт параметров машины для формования жгута без начинки 230
7.2.2. Расчёт параметров машины для формования жгута с начинкой 238
7.3. Формование и калибрование карамельного жгута на опытно - промышленном образце жгутовытягивающей установки 249
7.4. Испытания агрегата для вертикального формования карамельного батона и жгута 253
Выводы по главе 7 257
Общие результаты и выводы 259
Список литературы
- Статистический анализ функционирования карамелеформующего участка карамельного производства
- Исследование процесса теплообмена при охлаждении карамельной массы
- Теоретический анализ взаимодействия валков обкаточной машины с поверхностью карамельного батона
- Вытяжка карамельного жгута с учётом давления начинки
Введение к работе
Актуальность работы заключается в том, что в соответствии с ожиданиями производителей пищевой продукции в работе, на примере карамельного производства, разработана система научно обоснованных методов повышения эффективности процессов механической обработки пищевых продуктов, создано оборудование, реализующее инновационные процессы, использующие новейшие достижения в изучении физико -механических свойств пищевых материалов, разработаны математические модели процессов, используемые для проектных расчётов оборудования. Отечественные пищевые предприятия в условиях острой конкуренции с зарубежными производителями и в связи с достаточно высокими ценами на зарубежное оборудование, нуждаются в модернизации производств с привлечением отечественных производителей оборудования.
Современные исследования структуры и текстуры дисперсных
систем, каковыми в большинстве являются пищевые продукты, широко и
эффективно используют вискозиметрические методы как
макрореологическую связь с наблюдениями на микроуровнях. В настоящее время большое развитие получили методы визуализации и измерения размеров частиц в исследованиях микроуровня позволяющие значительно ускорить и повысить надёжность результатов исследований. В совокупности с этими науками находят своё развитие и теоретические аспекты таких технологических процессов как диспергирование, производство пенообразных масс и формование, основанные на результатах вискозиметрии дисперсных структур пищевых масс (ПДС).
Использование достижений науки, новейших методов исследования и математического моделирования способствовали решению поставленных в работе задач.
Цель работы разработка системы научно обоснованных методов
совершенствования и модернизации процессов и оборудования
механической обработки пищевых продуктов, обеспечивающих повышение эффективности пищевых производств.
Задачи работы: - разработка системы научных методик исследования, моделирования и совершенствования процессов и оборудования механической обработки пищевых масс, в рамках которой выполнены:
выявление слабого звена в системе машин механической обработки пищевых масс в механизированных поточных линиях и обоснование направления совершенствования процессов и оборудования механической обработки пищевых масс на примере карамельного производства;
исследование физико- механических свойств карамельной массы и методов её механической обработки;
разработка математических моделей процессов формования карамельной массы методами раскатки и обкатки;
разработка математической модели процесса вытяжки карамельного жгута без начинки и с учётом давления начинки;
разработка математической модели процесса калибрования карамельного жгута в круглом замкнутом калибре;
разработка математических моделей процессов механической обработки сырь и полуфабрикатов для начинок: взбивания и гомогенизации эмульсий; обработки карамельной массы в тянульной машине; ультразвуковой гомогенизации эмульсий;
разработка теоретических методов оценки качества сырья и
полуфабрикатов методами вискозиметрии: расчёт инструментальной
погрешности ротационного вискозиметра; разработка методов
определения периода тиксотропного восстановления эмульсионных структур, параметров инверсии и дисперсности сред эмульсионного типа;
- разработка методов расчёта машин и узлов агрегата формования
карамельного батона обкаткой, вытяжкой и калиброванием карамельного
жгута;
- создание полупромышленного образца вертикального формования
карамельного батона и жгута.
Научной концепцией работы является развитие системы методов совершенствования процессов и оборудования механической обработки пищевых материалов путём выявления ключевых факторов, обусловливающих их реализацию, моделирование на основе комплексных вискозиметрических и гранулометрических исследований обрабатываемого продукта и реализация вновь разработанных совершенных процессов и оборудования.
Научные положения, выносимые на защиту
методология формирования научно обоснованной системы
совершенствования процессов и оборудования механической обработки пищевых масс;
методология исследований физико-механических свойств
обрабатываемой массы в связи методами её механической обработки;
математическое моделирование процессов формования карамели как метод анализа и поиска новых решений в реализации этих процессов и в создании нового оборудования;
теоретическое обоснование расчёта погрешности вискозиметрических оценок качества пищевых сред;
обобщение результатов оценки физико механических характеристик полуфабрикатов вискозиметрическими и гранулометрическими методами и разработка проекта стандарта их вискозимтерических исследований.
Научная новизна
- предложена и реализована системообразующая формула исследований:
а) физико-механическая структура процесса; б) физико-механические свойства обрабатываемого продукта; в) структура механизмов, рабочих органов их кинематика и динамика;
- разработаны математические модели процессов формования карамельного
батона и жгута с начинкой и без начинки;
установлена закономерная зависимость содержания начинки в карамельном жгуте от соотношения процессов вытяжки и прокатки при формировании жгута с начинкой;
установлены закономерности ряда неточно интерпретируемых результатов ротационной вискозиметрии;
установлены закономерности связей теплофизических и физико-механических свойств карамельной массы;
установлены закономерности связей вискозиметрических свойств с тиксотропией и инверсией водно-жировых эмульсий;
разработана математическая модель процесса насыщения воздухом белково-сахарных смесей в роторном агрегате;
- разработана математическая модель механической обработки карамельной
массы в тянульной машине;
предложен оригинальный способ вертикального формования карамельного батона и жгута.
Практическая значимость работы
- разработана методика расчёта кинематических и динамических
параметров карамельной обкаточной машины;
разработана методика расчёта кинематических параметров карамельной жгутовытягивающей машины;
получены справочные данные физико-механических свойств и их зависимости от температуры карамельной массы;
разработаны методики расчёта и применения поправок, вносимых при вискозиметрических исследованиях пищевых масс;
предложены к применению методики экспериментального определения структурных свойств сырья и полуфабрикатов: периода тиксотропного восстановления структур; условий инверсии и дисперсности;
- разработана методика расчёта конструктивных параметров
роторных машин для взбивания белково-сахарных масс;
разработан проект стандарта на термины и методы определения, применяемые в научно - исследовательской и методической документации по вискозиметрическим исследованиям;
разработана конструкция агрегата для реализации вертикального процесса формования карамельного батона и жгута повышенной точности.
Обсуждение результатов работы
Основные положения диссертационной работы были доложены на научных конференциях ВЗИПП в 1976 - 79 г.г., 1985 - 1987 г.г., а также были заслушаны и обсуждены на Всесоюзном коллоквиуме «Процессы и аппараты пищевых производств» в Московском институте народного хозяйства им. Г.В. Плеханова (1986 г.); на научных конференциях МГУТУ в 2003 - 2009 г.г. и на первой и второй научно - практических конференциях и выставках с международным участием при МГУПП «Управление реологическими
свойствами пищевых продуктов (2008 г., 2010 г.), на 2-ой научной конференции
МГУТУ в г. Можайске, в г. Нижний Новгород (2008 г.), на научно -практической конференции МГУТУ «Инженерные инновационные технологии автоматизации и управления в агропромышленном комплексе» (2009 г.); на III конференции молодых учёных «Реология и физико-химическая механика гетерофазных систем», Учреждение Российской академии наук Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева, РАН Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, научный совет по коллоидной химии и физико-химической механике РАН, Реологическое общество им. Г.В. Виноградова.-г. Суздаль.- С. 41-44 (2011
г-)
Работа заслушана и обсуждена на расширенном заседании кафедры «Пищевые машины» 07.06.2012, протокол №17.
Публикации.
По материалам диссертационной работы опубликовано 60 научных статей из них в журналах научного и научно - практического направления, одобренных ВАК -24, а также в сборниках трудов по докладам на научных конференциях. Кроме того, по материалам диссертации в 2010 г. издана монография, в 2011г. издано учебное пособие с грифом УМО по дисциплине «Физико-механические свойства сырья и готовой продукции». Из них получено 6
, авторских свидетельств на изобретения.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, общих выводов, списка литературы (205 отечественных и зарубежных авторов) и приложений. Работа изложена на 310 страницах основного текста, содержит 26 таблиц, 112 рисунков.
Статистический анализ функционирования карамелеформующего участка карамельного производства
Анализ современных методов механической обработки пищевых масс как основа синтеза инновационных решений. Практика современного моделирования процессов обработки пищевых масс ставит перед собой, как правило, следующие цели: - снижение энергетических и ресурсных затрат; - повышение производительности и улучшение качества готовой продукции; - ликвидация ручного труда и переход к безлюдным технологиям.
Современные крупные предприятия пищевой промышленности не достигли ещё того уровня развития, чтобы решать третью из перечисленных выше задач. Но достаточно быстрое развитие способов обработки пищевых продуктов часто позволяет радикально усовершенствовать процесс с применением обновлённых технологий и совершенно новых процессов и конструкций обрабатывающего оборудования [83]. Этому могут способствовать заимствования технических решений из других отраслей, например, такой как химическая промышленность, особенно в области производства и переработки синтетических материалов.
Рассмотрим конкретные процессы механической обработки пищевых масс: 1- диспергирование дисперсных фаз суспензий и эмульсий; 2 - смешивание различных компонентов в единую пищевую дисперсную систему (ПДС); 3 - формование всех видов; 4 - межоперационное транспортирование продукта. 1. Измельчение пищевых полуфабрикатов, таких как какао тёртое осуществляется на вальцевых станках. Теория вальцевания симметричного и с учётом фрикций между вальцами разработана, применительно к обработке латексных и резиновых смесей, в работах Ардичвили, Кузнецова, Торнера, Гаскелла,. [168, 59, 118, 186], а затем с успехом перенесена на процессы обработки тестовых пластов и т.п. в пищевой промышленности [71,72,73]. Характерной чертой всех моделей первого поколения - принятие условия, что вальцуемая среда - ньютоновская жидкость. В работе [118,119] Торнер Р.В., а затем для пищевых сред Мачихин Ю.А. и его школа разработали варианты теорий вальцевания и раскатки для различных пищевых масс. Так Берман Г.К и Бондаренко В.В. [ 25, 72] разработали теорию вальцевания для степенной среды.
Как правило, суспензии и водно-жировые эмульсии подвергаются диспергированию с целью повышения потребительских качеств конечного продукта. Изучение процесса получения тонкодисперсных пищевых суспензий и эмульсий до настоящего времени не представляется завершённым. Такие ПДС характеризуются размером частиц от 0,1 мкм до 100 мкм [104, 70]. Методы получения частиц такого размера чрезвычайно разнообразны. Это могут быть вальцовые мельницы для высоковязких суспензий, например, тёртого шоколада или высокоскоростные роторные диспергаторы (эмульсаторы) для низковязких сред.
Процессы диспергирования жидкообразных сред осуществляется, как правило, в скоростных потоках, создаваемых или вращающимися роторами или в вихревых потоках перерабатываемых смесей [44, 68, 70, 125]. Диспергирование эмульсий, при котором достигается наибольшая однородность (гомогенность) структуры при наименьших размерах дисперсной фазы (жировых шариков ЖШ в воде) принято называть гомогенизацией. Известно, что гомогенизация повышает стойкость эмульсий к расслоению, улучшает вкусовые качества продукта. Реологически это отражается на уменьшении вязкостных характеристик.
Согласно гипотезе академика А.П. Ребиндера дробление жировых шариков в гомогенизируемом молоке обусловлено большим градиентом скоростей в потоке продукта. Однако существуют и другие гипотезы и теории процесса разрушения жировых шариков. Наиболее убедительные доказательства приведены в [8, 13, 51, 53,56, 89, 121, 125, 138]. Рассматриваются два наиболее вероятных механизма разрушения ЖШ -кавитационный, иногда называемый акустическим, и сублимационный. Под сублимационным процессом разрушения ЖШ автор понимает следующее. В кавитационных кавернах, возникших в зонах очень низкого давления, температура паровоздушной смеси падает до значений близких к абсолютному нулю. При этом капли сконденсированной воды и сублимированного сухого остатка обусловливают ту разрушительную силу, которая способна разрушать и стальные стенки клапанов. Пока эта экзотическая теория не находит своих последователей.
Молоко и тем более его плазму принято считать ньютоновскими жидкостями, поэтому практически все вискозиметрические измерения молока осуществляются на шариковом вискозиметре Гепплера. Вискозиметрические исследования других высоковязких продуктов эмульсионного типа проводятся на ротационных вискозиметрах. При этом все выводы о структурных особенностях исследуемых продуктов основываются на измерениях при скоростях сдвига выше 30 с" [57].
Признано, что наибольший эффект гомогенизации достигается на клапанных гомогенизаторах при давлениях порядка 15 МПа - 20 МПа, [57]. В [104] приведены данные по затратам энергии на гомогенизацию, где указано соотношение между средним размером ЖШ и плотностью энергии, выражаемой зависимостью
Исследование процесса теплообмена при охлаждении карамельной массы
Приведенная теория применима к тем процессам вальцевания, при реализации которых можно пренебречь расширением пласта (или ленты) материала.
В дальнейшем представляют интерес исследования процесса прокатки (раскатки) высоких пластов пищевых сред с учётом значительного увеличения ширины пласта.
Особый процесс, практически не имеющий аналогов в других промышленных производствах - это обкатка карамельного батона.
Наиболее близким к рассматриваемому процессу, как по внешним признакам, так и по некоторым деталям процесса, является так называемая горизонтальная вытяжка стеклянных труб (ГВТ), [133].
Стекло при температурах 1000 С - 1500 С проявляет ньютоновские свойства [127], что и служит основой сходства процессов переработки карамельной массы и стекла. Отличием являются большая разница в температурах и в том, что в стеклянные трубы подаётся воздух, а в карамельный жгут начинка. Однако по утверждениям специалистов ГВТ не позволяет получить трубы высокой точности в силу различных специфических технологических причин и поэтому он практически более не применяется.
Попытка описать процесс обкатки карамельного батона комплексно в неизотермическом варианте предпринята в [60]. Результаты теплофизического анализа, проведенные в данной работе представляют интерес, так же как и, в целом, правильная постановка задачи. Однако гидродинамическая сторона задачи, представляется перегруженной недостаточно обоснованными допущениями и упрощениями. Поэтому целесообразна разработка инженерного решения, компактно выражающего необходимые данные для расчёта кинематики и силовых параметров обкаточной машины.
Далее рассмотрим процесс получения карамельного жгута, из которого уже на следующей технологической операции формуются карамельные изделия, см. рисунок 1.3.3. Представляет интерес специфическая прокатка карамельного жгута в круглом замкнутом зазоре (калибрование).
Процесс получения карамельного жгута по внешним признакам аналогичен процессам прокатки металлических труб [24, 42, 87, 130, 131]. Однако существенное различие в реологических свойствах стекла, металлов и карамельной массы обусловливает различные технологические и технические подходы.
Производство карамели, как с начинкой, так и без неё, продолжает совершенствоваться и такая важнейшая для повышения качества изделий операция как калибрование жгута требует своего совершенствования, что возможно только путём глубокого изучения свойств карамельной массы и методов её обработки.
Производство любого пищевого продукта нуждается в контроле на всех стадиях производства таких показателей качества как упругость, пластичность и текучесть, которые служат прямыми или косвенными показателями готовности продукта. Это необходимо как при ручном производстве, так и в производстве, где рука человека не касается ни сырья, ни полуфабриката, ни готового продукта. Отличие только в том, что в первом случае оценка указанных характеристик осуществляется органолептически (и зачастую очень эффективно), а во втором - нужна целая система датчиков, преобразователей и специализированных приборов. С появлением машин, перерабатывающих пищевое сырьё и полуфабрикаты, появилась необходимость расчёта мощности их привода, прочностного расчёта рабочих органов, испытывающих сопротивление со стороны продукта. Всё это обусловило необходимость изучения поведения обрабатываемого продукта при различного рода механических воздействиях на него. Характер поведения продукта зависит от его реологических характеристик.
Согласно Рейнеру [94] упругость, пластичность и вязкость описывают свойства идеального материала. Идеальным материалам по предложению Мизеса [189] присвоено название по имени учёных, которые впервые предложили их уравнения: это идеально упругое тело Гука, идеально пластичное тело Сен - Венана, идеально вязкая жидкость Ньютона.
Теоретический анализ взаимодействия валков обкаточной машины с поверхностью карамельного батона
Не трудно видеть, что формулы (6.2.37) и (6.2.43) равны, несмотря на то, что получены несколько разными путями. Отсюда следует вывод, что скорости сдвига на поверхности ротора для модели Бингама при значениях угловых скоростей ротора до и после критической Q. = Q2 могут быть рассчитана как по формуле (6.3.41), так и по формуле (6.3.37)
Таблица 6.3.4. Формулы коэффициента X для расчёта скорости сдвига в зазоре ротационного вискозиметра при исследовании вязко -пластичных сред
Формулы коэффициента X для расчёта скорости сдвига на стенке ротора вискозиметра при исследовании неньютоновских сред по формулам
В качестве вывода по изложенному в данном параграфе приведена таблица 6.3.4 поправочных коэффициентов для определения действительных скоростей сдвига в зазоре роторного вискозиметра при исследовании неньютоновских сред. 6.4. Определение периода тиксотропного восстановления ПДС вискозиметрическим методом
Одной из важнейших физико - механических характеристик майонезов является тиксотропия, т.е. свойство восстанавливать вязкостные и пластические свойства после снятия нагрузки и прекращения деформации [93, 105]. Исследованию был подвергнут майонез «Провансаль» высококалорийный фирмы «СКИТ», содержащий 67 % жиров (масла подсолнечное и рапсовое), концентрат белка молочного - 2,6 %, сахара - 2,6 %, а также яичный и горчичный порошок, соду, уксус и питьевую воду.
Микроструктура майонеза исследовалась по микрофотографиям, полученным при помощи микроскопа «Биомед 6» с кратностью увеличения 400 и визуализацией при помощи компьютерной программы «Фотошот». См. рисунок 6.4.1.
Рисунок 6.4.1 и рисунок 6.4.2 позволяют классифицировать исследуемый майонез как высоко концентрированную дисперсную систему. Все элементы дисперсной фазы находятся в постоянном контакте. Дисперсионная среда (раствор поваренной соли и сахара) расположена в капиллярных каналах между ЖШ.
Естественно ожидать, что при столь плотной упаковке ЖШ сдвиговая деформация может осуществляться только при деформировании последних путём формирования слоев, скользящих относительно друг друга в направлении движения среды. При этом наиболее вероятная форма, которую принимают ЖШ - сфероид [200]. При снятии нагрузки и остановке относительного движения слоев в соответствии с принципом минимизации поверхностной энергии (потенциала Гиббса [36] сфероиды будут стремиться вернуть себе форму шара. При столь плотной упаковке ЖШ этот процесс не может быть быстротечным. Это даёт основание полагать, что время восстановления свойств исследуемого майонеза не может быть малым.
С целью оценки времени тиксотропного восстановления свойств майонеза после разрушающего действия сдвиговой деформации применили вискозиметрический метод. Использовался ротационный вискозиметр «Реотест II» с цилиндром S1. Термостатирование осуществлялось при помощи водяного циркуляционного термостата. Навеска майонеза перед измерением вязкости выдерживалась в зазоре измерительного цилиндра вискозиметра в течение 20 мин при температуре 20 С. Испытания проводились по следующей программе.
1. Проводились измерения напряжений сдвига при ступенчатом возрастании скоростей сдвига в диапазоне 1,5 - 656 с" . 2. Выдержка испытуемой пробы в цилиндре вискозиметра в течение заданного времени при непрерывном поддержании температуры 20 С. 3. Измерение напряжений сдвига по той же программе с возрастание скорости сдвига проводилось после выдержки навески продукта в измерительном цилиндре в покое 20 мин. 4. Третье и четвёртое измерения проводились каждый раз с заменой навески продукта с выдержками после первичного проведения измерений соответственно 30, 40, 90 мин. В табл.6.4.2 приведены результаты указанных измерений. В строчках для каждого времени выдержки дано по две строчки значений напряжений сдвига, измеряемых до выдержки (верхняя строчка) и после выдержки (нижняя строчка). Колонка 15 содержит средние значения напряжений сдвига т, вычисленные по совокупности значений напряжений сдвига, расположенных в данной строке. Значения разности средних значений напряжений сдвига до восстановления и после сведены в колонке 16.
При анализе первой и последней 16 -той колонок табл. 6.4.2 можно наблюдать линейную зависимость величины средней дистанции между кривыми течения (последняя колонка) от времени восстановления структуры майонеза. Эта зависимость отражена на графике рисунок 6.4.4. В табл.6.4.3 приведены значения параметров указанной зависимости, рассчитанные методом наименьших квадратов для каждой кривой течения.
Вытяжка карамельного жгута с учётом давления начинки
Анализ уравнений позволяет заключить , что увеличение расстояний между калибрами (факторы xi и Х2 ) снижает стабильность параметров жгута, причём в начале процесса калибрования жгута это сказывается с ильнее (коэффициент при Х2 больше коэффициента при xi); интенсификация вытяжки (фактор хз) также снижает точность калибрования жгута. Влияние рассматриваемых факторов на стабильность содержания начинки несущественно. Это свидетельствует о том, что при калибровании карамельного жгута с начинкой в жгутовытягивающей машине наиболее колеблемым параметром является наружный диаметр жгута.
Результаты теоретического анализа и эксперименты подтверждают факт вредного влияния вытяжки жгута на стабильность его параметров. Но то обстоятельство, что сведение процесса формования карамельного жгута к одной только прокатке приводит к невозможности сохранения в жгуте
Испытания агрегата для вертикального формования карамельных батона и жгута К оценке эффективности того или иного технологического процесса можно подойти, используя различные критерии: энергетические, экономические, критерии точности, стабильности и надёжности процесса, качества готовой продукции или полуфабрикатов на промежуточных стадиях производства, количество возвратных отходов и др. [84]. Данный раздел посвящен оценке качества процесса формования и калибрования карамельного жгута по результатам статистического анализа готовых изделий, полученных с использованием реализуемого на экспериментальном образце агрегата, разработанного по результатам проведенных в данной работе исследований.
Агрегат для формования и калибрования карамельного жгута вертикального типа (рисунок 7.4.1) состоит из вертикальной обкаточной машины 1 и вертикального жгутовытягивателя 2. Жгутовытягиватель смонтирован на станине 3 с колёсами 4, в станине расположен электродвигатель 5 и вариатор 6, обеспечивающие привод всех узлов машины. Жгутовытягиватель имеет несколько калибров, образованных парами желобчатых роликов 7. Диаметры калибров уменьшаются от входа к выходу, размеры и частоты вращения их подобраны с учётом обеспечения условия неразрывности жгута. Образуя свой калибр, каждая пара роликов объединена в так называемый модуль, в котором сосредоточены все передачи, обеспечивающие вращение его роликов. Кроме того, ролики двух соседних калибров расположены так, что плоскости их торцов взаимно перпендикулярны. Все модули нанизаны на три вертикальные направляющие штанги с возможностью перемещения каждого модуля в вертикальном направлении и фиксации его в необходимом месте. Модульный принцип построения конструкции позволяет осуществить передачу энергии всем роликам от общего распределительного вала, который распложен вертикально.
На распределительном валу закреплены шестерни, входящие в зацепление с приводными зубчатыми колёсами модулей. Конструкцией предусмотрена возможность изменять размер калибровочного отверстия с цель, подбора оптимального.
Жгутовытягиватель расположен в агрегате под обкаточной машиной так, что ось, проходящая через центры калибров, является продолжением вертикальной оси конической воронки. Для установки оптимального расстояния между машинами станина, на которой установлена обкаточная машина, может перемещаться в вертикальном направлении и крепиться в нужном положении. Данная конструкция защищена авторским свидетельством [7].
На базе агрегата для формования и калибрования карамельного жгута создан экспериментальный участок формования карамели, включающий помимо агрегата карамелештампующую машину и устройство для подачи начинки в жгут.
На основании предшествующих предварительных экспериментов наиболее информативным в качестве критерия качества процесса принят выборочный коэффициент вариации содержания начинки (в процентах %): V = Sy/ycp, (7.4.1) где ST - выборочное среднее квадратичное отклонение содержания начинки в изделиях, %; уСр - выборочное среднее содержание начинки, %.
Результаты теоретического анализа процесса калибрования карамельного жгута [15], а также экспериментальные данные свидетельствуют, что вытяжка жгута между калибрами оказывает отрицательное влияние на его точность. Это обусловливает необходимость свести к минимуму элемент вытягивания в процессе калибрования жгута, что достигается предельным сближением калибров и сведение к минимуму расстояний между калибрами. Однако замечено, что максимальное сближение калибров приводит к выдавливанию начинки из жгута и создаёт невозможным поддержание заданного содержания начинки в изделиях. Поэтому в агрегате установлено такое расстояние между калибрами, при котором сохраняется возможность поддержания заданного процентного содержания начинки при определённой минимизации зон вытяжки.
