Введение к работе
В настоящее время мясная промышленность - крупнейшая отрасль пищевой индустрии, выпускающая широкий ассортимент продукции пищевого, медицинского и технического назначения.
По данным Всемирной организации здравоохранения годовое потребление мясной продукции на душу населения Земного шара должно составлять около 80 кг. Рекомендованная Российской академией медицинских наук оптимальная норма потребления составляет 81 кг (на 2005 - 2010 годы -83 кг).
В РФ реальное годовое потребление мяса начиная с 2007 года находится на постоянном уровне 45-55 кг с учетом импорта. Объемы собственного производства при этом составляют около 32 кг на человека в год.
Для повышения эффективности и глубины переработки мяса скота и птицы и производства высококачественных продуктов, усилия ученых академических, отраслевых и учебных институтов направлены на создание рациональных схем разделки туш, прогрессивных технологий и конкурентоспособного оборудования для обвалки мяса убойных животных.
Изучению проблемы механизации и автоматизации процесса обвалки мясного сырья, сосредоточенному на особенностях анатомического строения туши убойных животных, позволяющих использовать высокоэффективный метод групповой обработки реберных костей, с получением мышечной ткани в нативном, неразрушенном состоянии, посвящены работы таких ученых, как А.И.Пелеев, А.Н.Салтыков, В.И.Ивашов, В.В.Деккер, А.Б.Лисицын, О.В.Соловьев, А.Г.Забашта, Н.М.Муциу, Б.Г.Грачев, М.А.Невский, М.В.Горбань, М.Л.Файвишевский, З.Б.Казичев, А.Н.Спиркин и другие.
В общей структуре мясокостной составляющей туши убойного животного реберный отруб занимает значительную часть, поэтому его рациональное использование представляет собой одно из актуальных направлений совершенствования процессов переработки мясного сырья и увеличения объемов его выхода. Что касается оценки резервов, то среднестатистическая доля массы реберных костей в общей костной массе убойного скота составляет около 5,5% . Выход костей по отношению к живой массе колеблется в пределах 13-21%. Для нормы выхода мясного сырья на уровне 44% ежегодные объемы переработки реберного мяса составляют порядка 29-34 тыс. тонн. При существующей норме остатка мякотных тканей на реберной кости 20,5% к массе кости, (12 - 14% после ручной дообвалки), своего прямого назначения не достигает продукция объемом 6,3 - 10,1 тыс. тонн в год. ;
Таким образом, решение задачи механизации и совершенствования процесса обвалки реберного мяса убойных животных позволит поднять объемы выхода мясного сырья на 15 - 20%, что в денежном выражении составляет 0,9 - 1,2 млрд. рублей в год.
Следует подчеркнуть, что при этом существенно уменьшаются затраты
травмоопасного, физически и психологически тяжелого ручного труда обвальщиков.
Для научного обоснования решений задачи механизации процесса обвалки реберного отруба, необходимо рассмотрение значимых свойств и параметров мясного и костного сырья, способных оказать влияние, на исследуемый процесс, его структуру, конструктивно-технологические характеристики основного функционального и вспомогательного оборудования. Работа проводилась в соответствии с фундаментальной НИР СПбГУНиПТ по теме: «Развитие научных основ и совершенствование оборудования мясных, молочных и других пищевых производств». (№ Государственной регистрации 01.2.007 03504).
Цель и задачи диссертационной работы. Целью диссертационной работы является теоретическое обоснование процесса механизированной малоотходной обвалки реберного мяса убойных животных и разработка устройства для осуществления съема цельного пласта реберного мяса вместе с соединительной тканью.
В соответствии с поставленной целью решались следующие практические задачи:
-разработка процесса и устройства для разрезки мякотной соединительной ткани грудного отруба по ребрам;
-синтез способа осуществления процесса отделения мяса от реберных костей, структуры соответствующего устройства, а также обоснование параметров и характеристик этого устройства и самого процесса;
-разработка опытной установки для обвалки реберных костей.
Теоретическими задачами работы явились:
-исследование геометрических (антропологических) характеристик и параметров реберных костей сельскохозяйственных животных;
-исследование физико-механических характеристик реберных костей и адгезионных, свойств соединительной ткани;
-структурный синтез устройства для разрезки соединительной .ткани, обоснование линейных размеров и кривизны рабочей поверхности дополнительного шгужкового лезвия, а также выявление особенностей технологии процесса отделения мякотной ткани от кости;
-анализ существующих методов обвалки реберного мяса убойных животных и синтез эффективного малоотходного способа;
-обоснование влияния ориентации естественной кривизны реберных костей на их деформационные характеристики;
.* математическое описание процесса обвалки и обоснование основных параметров установки;
Научная новизна. Установлено влияние на процесс обвалки таких геометрических характеристик реберных костей, как линейные размеры, естественная кривизна, среднестатистические размеры эллиптического поперечного сечения ребер.
Осуществлено математическое описание и обоснование размеров и степени
кривизны рабочей поверхности дополнительного плужкового лезвия ножа для разрезки соединительной ткани реберных костей и обоснована технология процесса отделения.
Проведена оценка влияния естественной кривизны реберных костей на разброс их физико-механических характеристик и целесообразную ориентацию реберной коробки на установочной пластине обвалочного устройства;
Разработана математическая модель процесса обвалки мяса реберных костей, позволяющая рассчитать основные параметры установки, в том числе размеров установочной пластины и ее структурных элементов, а также кривизну цилиндрической поверхности толкателя, величину его хода и скорость перемещения.
Обоснована по критерию энергоемкости конструкция базовой пластины установки для обвалки реберного мяса. .
Практическая значимость работы. На основании системного анализа информационных материалов по механизации процесса малоотходной обвалки реберного мяса предложен способ и устройство для обвалки реберной коробки, новизна которых подтверждена патентом РФ на изобретение № 2325062 «Способ отделения мяса от реберных костей и устройство для его осуществления».
Для повышения эффективности и надежности процесса обвалки обоснована и запатентована конструкция специального двухлезвийного ножа, патент № 2300891. «Устройство для разрезки мякотной соединительно - мышечной ткани грудинки по ребрам».
На базе разработанного математического описания изготовлены и испытаны опытные оригинальные образцы двухлезвийного плужкового ножа и обвалочной установки, подтвердившие свою работоспособность.
Материалы исследований используются в учебном процессе при подготовке бакалавров, студентов и магистров по направлениям «Машины и аппараты пищевых производств», «Пищевая инженерия малых предприятий», а также «Технологические машины и оборудование».
Апробация работы. Работа проводилась в соответствии с фундаментальной НИР СПбГУНиПТ по теме: «Развитие научных основ и совершенствование оборудования мясных, молочных и других пищевых производств» (№ гос. регистрации 01.2.007 03504).
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях СПбГУНиПТ (2004-20Юг.г.), на 32, 33 и 34 научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников СПбГУНиПТ, а также на научно-технических конференциях «Проблемы совершенствования холодильной техники и технологии» МГУПБ (2008г.) и «Актуальные проблемы совершенствования торгово-технологического оборудования и повышение экономической эффективности торговых предприятий» СПбТЭИ (2007г.).
Положения, выносимые на защиту:
методология разработки установки для обвалки реберного мяса убойных животных, базирующаяся на системном анализе достигнутых в настоящее время практических и теоретических результатов, вычленения из них прогрессивных элементов и предложение на этой основе нового патентоспособного технического решения;
результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученные при обосновании устройства и параметров процесса обвалки;
конструкция ножа для разрезки мякотной соединительно-мышечной ткани грудинки по ребрам, а также групповой способ отделения мяса от реберных костей и устройство для его осуществления;
рекомендации по особенностям выполнения технологических операций разрезки соединительно-мышечной ткани грудинки по ребрам и укладки реберной коробки на установочную пластину для обвалки;
научно обоснованная конструкция установочной пластины, из шарнирно соединенных секций, минимизирующая энергоемкость процесса обвалки.
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 12 печатных работах, из которых 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и 3 патента на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 116 страницах машинописного текста, содержит 16 рисунков и 18 таблиц. Библиография включает 106 наименований отечественных и зарубежных литературных источников. Приложение к диссертации представлено на 17 страницах. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
