Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 13
1.1 Картофель как объект послеуборочной обработки и его значение в рационе питания человека 13
1.2 Обзор работ по технологиям и способам переработки 16
1.3 Технологии производства картофелепродуктов 26
1.4 Сортирование частиц полуфабриката картофеля и сравнительный анализ видов сортировок 35
Выводы и задачи научных исследований 41
2 Теоретические исследования процесса сортирования к обоснованию конструкции и основных параметров барабанной сортировки 43
2.1 Разработка конструктивно-технологической схемы сортировки 43
2.2 Анализ движения частицы по поверхности барабана 48
2.3 Обоснование конструктивных параметров сортировки 59
2.3.1 Обоснование конструктивных параметров сортирующей поверхности 61
2.3.2 Обоснование производительности сортировки длины барабана 63
3 Программа и методика проведения экспериментальных исследований сортировки 67
3.1 Общие вопросы методики исследований 67
3.2 Методика экспериментальных исследований 68
3.2.1 Объект и предмет исследований 68
3.2.2 Контроль качества сортирования 71
3.2.3 Выбор критерия оптимизации и управляющих факторов 76
3.2.4 Оптимизации параметров и режимов работы барабанной сортировки резаного картофеля 81
3.2.5 Проведение фото и видеосъёмки процесса работы 84
3.2.6 Методика математической обработки результатов экспериментальных исследований 85
4 Результаты экспериментальных исследований и производственные испытания 88
4.1 Статистические и размерно-количественные характеристики частиц, использованных при проведении экспериментальных исследований 88
4.2 Результаты и обработка экспериментальных исследований 90
4.3 Результаты обработки фото и видеосъёмки 103
4.4 Результаты производственных испытаний 107
5 Экономическая эффективность использования барабанной сортировки резаного картофеля 111
Заключение и общие выводы 116
Список литературы 119
Приложения 131
- Картофель как объект послеуборочной обработки и его значение в рационе питания человека
- Разработка конструктивно-технологической схемы сортировки
- Общие вопросы методики исследований
- Статистические и размерно-количественные характеристики частиц, использованных при проведении экспериментальных исследований
Введение к работе
Важной проблемой на сегодняшний день остается глубокая переработка выращенной сельскохозяйственной продукции.
Переработка картофеля в картофелепродукты получила широкое распространение в мировой практике, В Англии более 20 % выращенного картофеля поступает на переработку, причем 30 % из этого объема перерабатывается в хрустящий картофель, 13, 5 % - в сухой, 56, 4 % - в замороженные продукты [60,135].
Картофелепродукты и в России приобретают все большую популярность, особенно картофель хрустящий, чипсы, замороженный картофель - фри, пюре и крупка. Анализ потребительского рынка показывает, что на 50 % он заполнен российской продукцией и на 50 % - импортной. Импортные продукты поступают из Швеции, Финляндии, Ирландии, Чехии, Южной Кореи и Прибалтики. За исключением хрустящего картофеля, спирта и крахмала, до последнего времени остальные картофелепродукты поставлялись по импорту (чипсы, картофель-фри, картофельное пюре, котлеты) При этом следует отметить, что импортная продукция производится и поступает от крупных зарубежных фирм, а отечественная продукция, наоборот, производится в основном мелкими фирмами.
Из зарубежных производителей наиболее известны фирмы: шведская "LAYS", немецкая промышленная группа "CONVENT", выпускающая продукцию под марками "Funny Frish", "Chio Chips", "Truller" и "Wolf, американские "Yukon Golden", "Utz", "Jounson Potato Farms", "Crooks Farms'V'Sackett Ranch", "Sackett Potatoes", "John Boyd Co", "State line". Транснациональные компании "Farm Frites", "McCain", "Fri - d, Or", "Pepsico" недавно построили производственные предприятия в Польше и Чехии. Компания "Aviko" является одной из известнейших компаний по производству картофеля-фри. Сегодня компания производит 1 400 000 тонн картофеля в год. Фабрики компании "Aviko" расположены по всему миру [126,131].
Продукция компании изготовлена из отличного картофеля голландских сортов. Он прост в приготовлении, так как уже предварительно бланширован и обжарен. Ассортимент представлен такими видами картофеля как: волнистый картофель-фри, картофельные шарики и розочки, картофельные крокеты и
котлеты, картофель-фри для духовки и др. На рынке самым большим спросом пользуется картофель-фри Фрианд, а также картофель-фри для духовки [84,134].
Большим спросом, особенно в зимний период в нашей стране начинает пользоваться быстрозамороженный картофель-фри и консервированный. Для производства этих картофелепродуктов созданы предприятия в Подмосковье и Санкт - Петербурге, но они не закрывают потребностей всего рынка. Оборудование для производства полуфабрикатов из картофеля изготавливается в России, Белоруссии, Швейцарии, Германии, Италии и др. странах.
В России - это завод "Арсенал" (г. Санкт - Петербург). Пензенский завод "Химмаш" выпускает универсальный комплекс ЗФ - ПОК (разработка КБТМ), предназначенный для приготовления обжареных картофелепродуктов: картофель хрустящий, "Соломка", "Оригинальный", "Палочки картофельные". В Белоруссии - завод "Белтехнопрод".
Итальянские фирмы "PAVAN" и "FATA GROUP" поставляют в Россию высококачественное оборудование по производству картофеля-фри, полуфабрикатов и чипсов. Оборудование по производству чипсов, картофеля-фри и хрустящего средней и большой мощности поставляют также фирмы Перфи" "LEVATT (США), "Kiremko" (Голландия), "ALFA- LAVAL" (Швеция) -оборудование для производства хлопьев, муки, "PAUL KUNZ" оборудование для производства чипсов.
Создание предприятий с полным производственным циклом производство - переработка картофеля, в свою очередь, требует решения задачи повышения плодородия почв и снижения использования пестицидов - основных факторов, закладывающих фундамент высококачественного сырья. Другая задача - выбор, выращивание и переработка сортов картофеля, наиболее пригодных для производства хрустящего картофеля. Очистки и нестандартный картофель используют на корм скоту, сточные воды вывозятся на поля в качестве удобрений и вместо проблем с утилизацией дают прибыль [134, 135].
Требуется совершенствование технологии, выведение и выращивание сортов картофеля, отвечающих технологическим требованиям, разработка и выпуск современного технологического оборудования.
Использование картофеля в переработанном виде в России пока составляет 0,8 -1 % валового сбора урожая, в США — 50 %.
Ассортимент продукции, вырабатываемой в США, превышает 100 наименований, среди которых преобладают быстрозамороженные картофелепродукты. Вырабатывают их разной степени готовности и с учетом потребности различных возрастных групп населения [60].
Считается наиболее экономичным сосредоточивать производство замороженных и сушеных картофеле продуктов в местах массового производства картофеля, а хрустящий и обжаренный картофель — ближе к местам потребления. Основные картофелеперерабатывающие предприятия размещать в местах товарного выращивания картофеля. Такие предприятия могут работать с полной нагрузкой 9...10 месяцев в год.
Широко развито и продолжает расти производство картофелепродуктов и в других развитых странах. Так, в Германии и Англии предпочтение отдают быстрозамороженным продуктам, а во Франции — сушеным и обжаренным изделиям.
В России наибольший удельный вес приходится на производство быстрозамороженных продуктов—около 35%, сушеных—около 24%, обжаренных — 23 % общего объема производства [134, 135].
В нашей стране на сегодняшний день выпускают ограниченный ассортимент продуктов питания из картофеля и подчас только пробными экспериментальными партиями:
продукты с высоким содержанием влаги; стерилизованный картофель; свежий очищенный, сульфитированный; быстрозамороженные карто-фелепродукты;
продукты во фритюре: картофель «фри», картофельные палочки, картофельные котлеты, оладьи, чипсы, хрустящий картофель, хворост, гарнирный обжаренный картофель;
- сушеные продукты: нарезанный сушеный картофель; сухое картофельное
пюре (хлопья, крупка, гранулы, молочно-картофельное пюре).
Исследованиями проблемы механизации производства, хранения и переработки картофеля занимаются ведущие учёные академик МАЭН ВНИИ картофельного хозяйства В. И. Старовойтов, заведующий лабораторией ОАО «ВИСХОМ» академик Н.Н. Колчина, д.т.н. Э. С Рейнгарт, В. В. Тульчеев, В.В. Чугунов (Россия), И. Колядко, В. Маханько БелНИИК (лаборатория селекции картофеля Белоруссии).
В настоящее время в России и Белоруссии многие крупные заводы практически не работают. Работают небольшие, недавно созданные предприятия, например, в Новосибирской области в Искитимском районе (производительностью 225 т/год), в Брянской области, Волховский овощесушильный завод Орловской области, Тольяттинский комбинат общепита ВАЗа. Аналогичные производства создаются в Дмитровском, Серпуховском районах Московской области и других регионах. В Белоруссии работают Марьиногорский завод картофелепереработки (г. Марьина Горка, Минский р-н), Узденский (г. Узда Минской обл.), Ганцевичский экспериментальный консервно- овощесушильный (г. Ганцевичи, Брестская обл.).
Основная проблема, во первых - отсутствие крупных финансовых средств для закупки зарубежных линий или отдельных машин по переработке картофеля стоимостью несколько десятков, а иногда и сотен тысяч долларов, во вторых -проблема качества и соответственно конкурентоспособность продукции, выпущенной на отечественном оборудовании.
При производстве продукции растениеводства важное место отводится не только получению высоких урожаев, но и снижению до минимума потерь, возникающих в процессе хранения и на пути к потребителю. В нашей стране с разными климатическими условиями не везде возможно возделывание картофеля, например в районах Крайнего Севера, а спрос на овощи является постоянным и стабильным. Известно, что 1 кг гарнирного картофеля эквивалентен примерно 2 кг свежего необработанного картофеля, поэтому, применение перерабатывающих технологий способствует сокращению транспортных затрат и более полному насыщению рынка. Однако, в последнее время российским товаропроизводителям приходится конкурировать с импортными продуктами, поставляемыми в красочной упаковке и по более низким ценам. Отечественная продукция может быть конкурентноспособной только в том случае, если выпускаемые пищевые продукты экологически «чистые» и безопасные, в тоже время не уступающие по внешнему виду, оформлению и, самое главное, по качеству и вкусовым свойствам. Актуальными и востребованными на сегодняшний день являются полуфабрикаты из картофеля.
При производстве быстрозамороженного картофеля, основной операцией технологического процесса является отделение вороха стандартных столбиков-
частиц с требуемыми размерами от обрезей, неизбежно возникающих после нарезки клубней. Практика показывает, что процент поступающих с резательных машин обрезей колеблется от 29 до 61 % и выше, согласно технологическим требованиям ТУ 10.03.757-89, ТУ 9166-185-04782324-00 допускается в пределах 5-8% [50,109].
В связи с этим, вопросу отделения стандартных столбиков-частиц от обрезей уделяется большое внимание.
В настоящее время, в перерабатывающей промышленности используются, в основном, две машины. Первая использует вибросита с перфорированной поверхностью для калибрования по длине. Меняя диаметр отверстий, можно установить желаемую длину ломтиков. Вторая машина состоит из поверхности с вращающимися роликами, отбраковывающими продукт, не проходящий по толщине. Ручное отделение некондиционных частиц в производственных условиях трудоемко и малопроизводительно, но применяется даже на зарубежных линиях. Представленные устройства обладают рядом существенных недостатков: низкая производительность, вследствии двойного воздействия дополнительно травмируется до 6 % обрабатываемого материала; высокие Энергозатраты на рабочий процесс. Альтернативный вариант концерна Levati Food Tech S.r. 1. . (США-Италия) - оптический сортировщик, отличается высокой ценой, сложностью конструкции, высокими требованиями к обслуживанию и в Россию практически не поставляется. Таким образом, проблема теоретического обоснования, исследования, разработки и внедрения в производство заменяющих ручной труд технических средств сортирования частиц резаного картофеля является актуальной и имеет важное производственное значение.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских
работ ФГОУ ВПО Ижевской ГСХА по заданию Министерства сельского
хозяйства и продовольствия Удмуртской Республики «Механизация
возделывания, послеуборочной обработки, хранения и переработки картофеля» (№ гос. Регистрации 01.20.03 02046).
Цель исследований. Исследование и совершенствование технологии разделения частиц вороха резаного картофеля путем определения параметров и режимов работы барабанной сортировки для обеспечения качества,
удовлетворяющего технологическим требованиям при минимальных энергозатратах.
Объект исследования.
Картофель и сортировка барабанного типа для калибровки частиц его резаного полуфабриката.
Предмет исследований.
Аналитические и графические зависимости, характеризующие процесс разделения частиц вороха резаного картофеля.
Теоретической и методической основой диссертационного исследования послужили труды ведущих ученых-инженеров, научно-исследовательских учреждений и специалистов-практиков по исследуемой проблеме. В процессе решения задач применялись аналитический, графический, расчетно-конструктивный методы, а так же методики по определению экономических показателей эффективности работы.
Информационную базу исследования составляют статистические данные по России и Удмуртской Республике, материалы научных конференций, научно-техническая литература, отечественные и зарубежные технологии и оборудование по производству картофеле продуктов, а так же материалы периодической печати и научных изданий.
Научную новизну работы составляют:
- разработанная конструкция барабанной сортировки для разделения вороха частиц резаного картофеля;
- методика расчёта оптимальных параметров и режимов работы
барабанной сортировки;
- математическая модель процесса разделения частиц вороха резаного
картофеля.
Практическая значимость и реализация результатов исследований.
На основании проведённых исследований разработана, изготовлена и опробована машина, сортирующая ворох частиц картофеля после нарезки клубней, обеспечивающая качество сортирования, удовлетворяющее технологическим требованиям. Получены аналитические выражения для расчёта и проектирования рабочих органов машины. Результаты исследований использованы при модернизации линии по переработке картофеля, которая функционирует в ЗАО «КОКОС», г. Вотки иска, Удмуртской Республики.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы доложены на научно-практических конференциях в ФГОУ ВПО Ижевской ГСХА (2000-2003 гг.), обсуждены и одобрены специалистами ЗАО «КОКОС».
Защищаемые положения:
- теоретическое обоснование конструктивных и технологических параметров барабанной сортировки;
конструктивное решение и принцип работы барабанной сортировки резаного картофеля;
анализ движения частицы по рабочей поверхности;
результаты экспериментальных исследований;
технико-экономическое обоснование целесообразности использования барабанной сортировки при производстве быстрозамороженного картофеля.
Публикации. Соискатель имеет 6 публикаций, в которых изложено основное содержание диссертации. Отдельные положения диссертационной работы могут быть использованы в учебном процессе при подготовке бакалавров, инженеров, магистров по специальностям, связанным с применением перерабатывающих технологий.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения и общих выводов, списка использованной литературы из 135 наименований и приложений. Работа содержит 155 страниц, 29 рисунков, 14 таблиц и 12 приложений.
Картофель как объект послеуборочной обработки и его значение в рационе питания человека
Картофель - один из основных пищевых продуктов. Его состав сильно колеблется в зависимости от сорта, климатических и почвенных условий. В среднем картофель содержит 18-25 % сухих веществ, из которых 13-20 % приходится на крахмал, 1-3 - на белки, 0,1-0,5 - на редуцирующие сахара, 0.7 -на клетчатку, 0,1 - на жиры и 1,1 % - на минеральные вещества.
Нельзя не учитывать и содержание в картофеле клетчатки, гемицеллголоз и пектина, а также и его невысокую энергетическую ценность: наиболее низкую имеют варёный картофель ( 293 кДж) и картофельное пюре ( 398 кДж); наиболее высокую - картофель жареный во фритюре ( 920 кДж) [101], Не везде возможно и экономически целесообразно использовать только свежий картофель, поэтому во всём мире растёт производство различных изделий из него.
Существующие в России традиции приготовления и потребления пищевых продуктов определяют количество картофеля, овощей, фруктов, ягод в ежедневных рационах - не менее 200 - 300 г в пересчете на сырье [95].
Учитывая, что ориентировочно четверть населения России удалена от её основных сырьевых зон, транспортировка и хранение плодоовощных продуктов в отдаленных и северных регионах страны затруднены, а выработка сушеных фруктов, ягод, овощей снизилась с 1991 г. по настоящее время в четыре-пять раз, приблизительно 30-35 млн. человек не получают нормального, сбалансированного литания. Кроме того, зарубежные сушеные, концентрированные плодоовощные продукты с падением курса рубля теряют спрос и закупаются все в меньших количествах.
Проблема повышения эффективности сельскохозяйственного производства и перерабатывающей промышленности является важнейшим приоритетом в проводимых реформах сельского хозяйства. Уровень обеспечения потребностей населения в продуктах питания остаётся на недостаточном уровне. Решение заключается в выявлении основных (базовых) видов продовольствия [116], являющихся наиболее конкурентоспособными продуктами региональной экономики.
Основными критериями являются: - существенная доля в удовлетворении потребностей населения необходимыми компонентами пищевого рациона; сравнительно высокая транспортабельность, позволяющая перераспределять ресурсы между регионами; пригодность к длительному хранению.
Так приоритетным продуктом, производимым в сельском хозяйстве в Удмуртской Республике можно выделить в основном картофель, но производство его в последние годы концентрируется в основном в частном секторе и личных подсобных хозяйствах, которые уже стали почти основными производителями.
В связи с этим серьёзные сложности возникли со сбытом выращенного урожая в виду увеличения насыщенности рынка. Следует отметить, что производство в частном секторе в большинстве случаев является бестоварным, то есть для собственного потребления. Получение больших объёмов бестоварной продукции создает значительную конкуренцию товарному производству и существенно сокращает область платежеспособного спроса на товарную продукцию.
Предложения полуфабрикатов и готовых изделий из картофеля и овощей может служить выходом из сложившейся ситуации. Такая продукция уже представлена на рынке - это чипсы, сухое пюре, замороженные полуфабрикаты и имеют вполне платежеспособный спрос. В этом случае бестоварное производство не будет составлять конкуренцию, а серьёзным конкурентом будет только импортная продукция.
Таким образом, развитие переработки картофеля и интеграция производителя и перерабатывающих предприятий, приведёт к развитию более эффективных технологий и оборудования, как производства, так и переработки картофеля, а следовательно обеспечит гарантированный сбыт продукции, а в дальнейшем поможет вытеснить зарубежную продукцию с отечественного рынка. Картофельные полуфабрикаты вырабатывают в России менее 2 тыс. тонн в год. За рубежом закупается 25 - 30 тыс. тонн полуфабриката картофеля, изготовленного с применением обжарки его в растительном масле до заморозки.
Отечественная технология (пять патентов РФ) выгодно отличается от зарубежной (обжарка в растительном масле заменена частичным обезвоживанием в потоке горячего воздуха) как по стоимостным, так и по органолептическим показателям. Оптовая цена на сушеный картофель достаточно стабильна (40 - 47 руб/кг), так как формируется крупными потребителями - продовольственным управлением Министерства Обороны, организациями снабжения продовольствием. Оптовая цена полуфабриката из картофеля колеблется от 21 до 25 руб. за килограмм в Москве и С.Петербурге, в городах Севера и Сибири оптовая цена значительно выше [135]. В клубнях картофеля содержится от 14 до 24% крахмала, имеется сахар, белок, жиры. По калорийности картофель превосходит все овощи. Белок его более ценный, чем белок ржи, проса и некоторых других культур. Картофель содержит очень важный для организма человека противоцинготный витамин С и минеральные соли. В зрелых свежеубранных клубнях его имеется 20-40 мг витамина С на 100г сырого вещества. При средней норме потребления картофеля в пищу (300 г в сутки) обеспечивается примерно 59% суточной потребности человека в витамине С, 10-15%- в витамине Вь 15%- в РР, 5%- в Bj и 1-2% - в А. В картофеле также содержатся органические кислоты, калий, фосфор и другие вещества [18]. Из минеральных веществ в картофеле много калия - в 1,5-2 раза больше, чем в овощах и фруктах. Соли калия усиливают деятельность почек и способствуют выведению из организма избытка других солей [58]. Важное значение имеет картофель и как лекарственное растение. В сочных стеблях, листьях, цветках его в период вегетации постоянно синтезируются ядовитые, но ценные для медицины вещества - соланин и чаконин. Находятся они и в свежей кожуре и в мякоти клубня. Наибольшее количество соланина содержится в ростках, которые образуются на свету: примерно 420-770 мг/кг [18]. За последние годы Всероссийский институт лекарственных растений открыл ценные свойства соланина - понижать воспалительные процессы. Его используют и как противоаллергическое и противошоковое средство. Изучение солянокислой соли соланина в клинике показало благоприятное действие при лечении воспалительных заболеваний уха. Врачи рекомендуют картофель в пищу больным почечными и сердечными отёками (до килограмма в сутки без соли в виде пюре, жареный или варёный). Сок картофеля применяют при язвенной болезни, хронических запорах. Как обволакивающее, противовоспалительное, а также при расстройстве желудка рекомендуется 10-30 г крахмала в виде слизи.
Разработка конструктивно-технологической схемы сортировки
В настоящее время придается большое значение изысканию и развитию новых рабочих органов машин требующихся для перерабатывающей промышленности [66,113]. Конструирование рабочих органов ведётся с учётом необходимости снижения потерь и развития безотходных технологий в процессе переработки картофеля, увеличению производительности машин и линий при постоянном повышении качества выпускаемой продукции, которое в данном случае непосредственно зависит от точности разделения на фракции компонентов вороха резаных частиц картофеля [35,43,76,91].
Процесс сортирования возможен при соблюдении двух основных условий [54]: - частица картофеля должна находиться над соответствующим свободным отверстием сортирующей поверхности; - частица картофеля должна быть ориентирована так, чтобы её размер, по которому происходит калибрование, был меньше размера соответствующего сортирующего отверстия и располагался с ним в одной плоскости; Первое условие выполняется тогда, когда частицы расположены на сортирующей поверхности слоем толщиной не более чем в одно тело. Соответствующая ориентация частиц, а также их продвижение к сортирующим отверстиям возможны лишь во время движения относительно сортирующей поверхности. Оно достигается при колебании, вращении, встряхивании всей поверхности или её элементов. Силой, заставляющей частицу пройти сквозь отверстие сортирующих рабочих органов, является в основном сила тяжести. Каждый участок рабочего органа, выделяющий одну фракцию, можно представить в виде простого сепаратора.
Смесь, состоящая из двух компонентов, разделяется на две фракции: одна из них, более крупная, сходит с него - сходящая фракция, а другая, более мелкая, проходит через сортирующие отверстия - проходная фракция.
При сортировании применяют рабочие органы с круглыми, овальными, ромбовидными, шестиугольными, прямоугольными, квадратными, и щелевыми отверстиями [78, 79].
На процесс разделения частиц на фракции сортирующими поверхностями значительное влияние оказывает форма отверстий [52,78,94].
Это влияние объясняется различием суммарной площади отверстий и поверхности при различной форме ячеек.
Сравнительные характеристики поверхностей, полученные по соотношению площади Si отверстий к площади участка поверхности S06 (по живому сечению полотна и), приведены в таблице 2.1, они свидетельствуют о том, что наибольшей пропускной способностью обладают поверхности со щелевидными отверстиями [52]. В связи с тем, что количество благоприятных положений частицы для прохода в круглые и щелевые отверстия больше, сортирование проходит быстрее и пропускная способность рабочих органов с этими отверстиями наиболее высокая [121,129]. В рассматриваемом нами случае следует вывод, что для резаного картофеля вероятность благоприятного положения частицы для прохода в щелевое отверстие будет выше, чем для отверстий любой другой формы, в том числе и круглой [108]. Барабан, расположенный под углом к горизонтали, вращаясь в опорах 5, закреплённых на раме, сортирует сквозь щели между нитями поступающие резаные частицы картофеля из загрузочного лотка 8 на обрез и и стандартные по размеру столбики, перемещаемые транспортёрами обрезей 6 и стандартных столбиков 7 [116,118]. Калибрующая поверхность делит ворох на две фракции - "проход" и "сход", обрези и нестандартные частицы проходят сквозь отверстия, стандартные сходят с поверхности (параллельное разделение). Использование такой конструкции решает следующие технические задачи: повышается коэффициент точности сортирования при сравнительно короткой длине барабана, так как форма сортирующих отверстий щелевидная, и они расположены вдоль направления движения компонентов вороха частиц, что обеспечивает быстрое просеивание обрезей; повышается производительность в линии по переработке картофеля и качество конечного продукта. Указанные преимущества достигаются тем, что устройство для сортирования выполнено в виде цилиндрического барабана, установленного под углом к горизонтальной плоскости. Рабочая поверхность установки образована нитями из нержавеющей проволоки диаметром 2 мм, расположенными по окружности дисков барабана с постоянным шагом. Предлагаемое устройство обладает следующими достоинствами: мелкие обрези отделяются из вороха частиц в начале его движения в барабане сортировки; сортирующие отверстия выполнены по направлению движения компонентов обрабатываемого вороха; предусмотрено регулирование расстояния между нитями, образующими рабочую поверхность барабана, простым способом (удалением каждой второй нити позволяет переходить с размера щели 7 7 мм до 13 13 мм), что, несомненно, расширяет диапазон использования машины; имеется возможность использовать сортировку для калибровки частиц полуфабриката картофеля, нарезанных овощей, фруктов, других материалов, имеющих форму столбиков или кубиков; конструктивная схема проста и технологична.
Общие вопросы методики исследований
Теоретические исследования показывают, что частица должна находиться над соответствующим свободным отверстием сортирующей поверхности; частица должна быть ориентирована так, чтобы её размер, по которому происходит калибрование, был бы меньше размера соответствующего калибрующего отверстия и располагался с ним в одной плоскости [54,83]. Для решения поставленной задачи исследований необходимо экспериментально: выявить положение и взаиморасположение поступающих на сортирование частиц; - определить форму сортирующей поверхности и размеры калибрующих отверстий; - выявить эффективность разделения частиц резаного картофеля в сортировке барабанного типа.
В экспериментах должны быть получены достоверные результаты. С этой целью объем выборки определяется по известной методике [21]. С целью снижения случайных ошибок на результаты эксперимента последний проводится в трёхкратной повторности. Увеличение числа повторений определяется в каждом конкретном случае. Опытные данные обрабатываются статистическими методами.
Для регистрации процессов при работе сортировки используется серийная измерительная и регистрирующая аппаратура и устройства. Целью экспериментальных исследовании является проверка теоретических предпосылок процесса разделения компонентов вороха резаных частиц картофеля на фракции и определение оптимальных режимов работы барабанной сортировки, работающей по параллельному принципу.
Программа включает проведение лабораторных исследований и производственных испытаний. В соответствии с поставленной в ней целью предусматривается решение следующих задач: - разработать и изготовить макетный образец барабанной сортировки резаного картофеля; - изучить влияние конструктивно-технологических параметров барабанной сортировки на характер движения частиц по цилиндрическому решету и коэффициент точности сортирования; выявить параметры работы сортировки, оказывающие наибольшее влияние на точность сортирования; исследовать движение частицы по рабочей поверхности экспериментальной установки; - определить технико-экономические показатели сортировки.
В состав установки входит: лоток загрузочный; барабан, образованный нитями, натянутыми по окружности его дисков, получающий вращение от двигателя постоянного тока; рама установки имеет возможность наклоняться к горизонтали за счёт регулировочных ножек. Тем самым меняется угол наклона барабана.
При работе устройства ворох резаных частиц картофеля с загрузочного лотка поступает внутрь барабана, при этом материал разделяется на две фракции: сход и проход.
Стандартные частицы- столбики идут в сход, а обрези и нестандартные частицы проваливаются сквозь щели и удаляются транспортером обрезей.
Статистические и размерно-количественные характеристики частиц, использованных при проведении экспериментальных исследований
В период проведения исследований был использован картофель сортов: «Свитанок-Киевский», «Луговской» и «Невский» [47,71]. Для определения характеристик частиц и размеров сортирующих щелей параллельно были проведены три вида экспериментов: на моделях, на реальном картофеле, и моделированием в САПР «КОМПАС-ГРАФИК».
В первом случае были изготовлены деревянные модели картофеля в натуральную величину, в дальнейшем они были нарезаны на частицы требуемых размеров (7 7, 13 13 мм), с помощью которых проводились настройки и регулировки сортирующих щелей барабана установки [59].
Во втором были взяты пробы отсортированного картофеля четырех размерных групп (40-60, 60-75, 75-90, 90-105 мм) вышеприведённых сортов по 1 килограмму, далее картофель был нарезан. В составе вороха каждого сорта вошли стандартные, близкие к стандартным и нестандартные частицы- обрези. В соответствии с разработанной методикой, были определены процентные соотношения фракций разделяемого материала — стандартных столбиков и обрезей, построены графические зависимости.
Для каждой фракции сорта определялась эмпирическая частность в процентах от всего количества частиц нарезанного картофеля. Значения эмпирической частности наносились на систему координат, приведённую на рисунке 4.2 и рисунке 4.3 по оси абсцисс откладывались размеры нарезаемых клубней в миллиметрах, а по оси ординат - частности в процентах.
В третьем случае в «КОМПАС-ГРАФИК» задавались характеристики, учитывающие форму и размеры клубней картофеля, и моделируя нарезку по поперечному сечению клубня с использованием библиотек САПР: FTDRaw, Автоматизации типовых проектов, прикладной библиотеки КОМПАС, КОМПАС - Shaft 5 Plus ,были рассчитаны количественные и процентные соотношения частиц [114].
Данные второго и третьего случаев практически идентичны, о чём свидетельствуют графические зависимости в приложении В, поэтому с целью экономии картофеля, требуемого для проведения опытов в большом количестве и времени, в экспериментальных условиях можно рекомендовать применение лицензионного пакета прикладных библиотек Системы Автоматизированного Проектирования «КОМПАС-ГРАФИК- 5Х-5.11» ЗАО «АСКОН» г. Санкт-Петербург.
Экспериментальные исследования полностью подтвердили теоретические исследования в главе 1 о том, что для производства картофелепродуктов необходим зрелый картофель. Форма - продолговатая, округло - овальная, клубни выровненные, с неглубоким залеганием глазков, длина 75-105 мм - этим параметрам из использованных в опытах сортов наиболее удовлетворяет сорт «Невский», но в качестве его замены можно рекомендовать и «Свитанок-Киевский».
Далее проводились поисковые опыты на сортировке с использованием натуральных картофельных брусочков. Так как опыты по определению рациональных режимов работы наиболее трудоемкие и длительные, а как известно, в течение времени проведения экспериментов изменяются физико-механические свойства резаного картофеля, поэтому в лабораторных условиях возникла большая потребность в резаном картофеле. Вследствие чего была разработана и изготовлена картофелерезка, которая обеспечивала необходимое количество брусочков размером 7 7 мм и 13 13 мм.
Экспериментальное обоснование длины сортирующей поверхности проводили на основании процентного содержания обрезей, отвечающих проходной фракции и прошедших в эту фракцию [26,34,39]. Для этого под всей рабочей длиной поверхности барабана установили пять емкостей для сбора провалившихся частиц и емкость для основной фракции (рисунок 4.4). Те столбики, которые провалились в ёмкости под барабаном, относили к проходной фракции - обрезям, а остальные к сходовой - стандартным.
Обоснование угла наклона рабочей поверхности проводили на основании минимального угла, при котором происходит скатывание картофельных брусочков вдоль нитей. Для этого внутрь барабана были помещены одиночные столбики и барабан медленно опускался до того момента, пока не происходило движение столбиков вдоль нитей.
Обоснование максимальной угловой скорости вращения рабочей поверхности проводили на основании того, что скорость должна быть меньше критической, то есть столбики под действием центробежной силы не должны увлекаться в круговое движение, а могут лишь подниматься на определенную высоту и под действием силы тяжести скатываться вниз.
