Введение к работе
Актуальность работы. В различных технологиях производства готовой продукции из пищевых масс, обладающих пластическими свойствами, применяются процессы формования изделий с начинкой.
Процессы формования занимают важное место в поточном производстве качественной продукции, определяя степень механизации поточных линий, их производительность и энергопотребление.
Технический прогресс требует постоянного совершенствования нагнетателей формующего оборудования, являющегося основным оборудованием в поточных линиях производства разнообразной продукции.
Совершенствование нагнетателей, как для гомогенных начинок, так и для начинок, содержащих крупно-дисперсные компоненты, позволяет интенсифицировать производство широкого ассортимента изделий пищевой промышленности на автоматизированных и механизированных поточных линиях.
В настоящее время, в качестве нагнетателей формующих машин кондитерской промышленности применяются, в основном пшековые, шестеренные, поршневые и плунжерные нагнетатели, обладающие рядом недостатков. Это «мягкая» расходно-напорная характеристика пшековых, чрезмерное механическое воздействие на структуру начинок у шестеренных и наличие возвратного хода поршневых и плунжерных нагнетателей.
Совершенствование нагнетателей для начинок, обладающих различными физико-механическими свойствами, а также разной характеристикой предела текучести необходимо основывать, объединяя положительные стороны известных нагнетателей и устраняя их недостатки.
В связи с этим разработка начинконаполнителя роторного типа, с минимальным механическим воздействием на начинку при формовании в сквозных каналах кондитерских масс, обладающих пластическими свойствами, является актуальной задачей.
Цель работы - разработка новой конструкции устройства роторного типа для наполнения начинкой корпуса изделия формуемого в сквозном канале или в обкатываемом батоне карамельной массы.
Задачи исследований. В соответствии с поставленной целью в настоящей работе решались следующие основные задачи:
- разработка экспериментальной установки роторного типа с шестеренным
нагнетателем свободным от запертых объемов во впадинах зубьев;
анализ рабочих процессов в роторном шестеренном нагнетателе;
разработка методики исследования;
исследование реологических свойств начинок;
исследование расходно-напорных характеристик нового шестеренного нагнетателя для пластично-текучих начинок;
исследование влияния геометрических и кинематических параметров роторного устройства для нагнетания начинок на производительность;
- разработать структурную и параметрические схемы процесса нагнетания
начинок, обладающих пластичными свойствами;
- разработать физическую, механическую и математическую модели нагнетания
пластичных масс шестеренным нагнетателем;
- разработать предложения технического решения по промышленной
реализации и дать научно обоснованные методы расчета основных элементов
конструкций новых роторно-шестеренных делителей для кондитерских материалов с
пластическими свойствами.
Научная новизна работы.
Определены рациональные значения геометрических и кинематических параметров рабочих органов нагнетателя роторного типа свободного от запертых объемов во впадинах зубьев нагнетающих шестерен.
Даны сравнительные расходно-напорные характеристики традиционного шестеренного нагнетателя и нового шестеренного нагнетателя.
Получены и решены дифференциальные уравнения процесса течения пластично-текучих начинок в сквозных каналах.
Разработаны физические, механические и математические модели деформационного поведения начинок в области стационарного сдвигового течения.
Практическая значимость работы.
Результаты и рекомендации, полученные на основании проведенных исследований, использованы в разработке предложения технического решения по промышленной реализации устройства роторного типа для наполнения начинками, обладающими пластическими свойствами, корпусов кондитерских изделий, формуемых способом совместного выпрессовывания в сквозных каналах или для подачи начинки в батон карамельной массы, а также для коэкструзии изделий с начинкой.
Устройство для наполнения начинкой формуемых жгутов принято к внедрению на производстве на хлебокомбинате города Пятигорска для производства пряников с начинкой.
Новизна конструкции формующего инструмента подтверждена патентом РФ на изобретения №2429708 [12] и №2461201 [13].
При участии автора разработана и изготовлена установка для определения коэффициента бокового давления начинок, обладающих пластическими свойствами, способная собирать, хранить и обрабатывать экспериментальные данные в среде LabVIEW.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса течения пластичных начинок.
Автор защищает. Результаты физического и математического моделирования реологических свойств начинок, полученные фундаментальными методами ротационной и капиллярной вискозиметрии, сжатием материала в замкнутом объеме, а также методом квазистатического нагружения;
Параметрические схемы и математические модели процесса течения в материалопроводе начинок, обладающих пластическими свойствами.
Результаты основных показателей процесса течения пластичных начинок от геометрических и кинематических параметров нового шестеренного устройства роторного нагнетания начинок;
Апробация работы. Основные положения, изложенные в диссертационной работе, были представлены и обсуждены на ежегодных научных конференциях
Пятигорского государственного гуманитарно-технического университета и государственного университета - УНПК (г. Орел); международной научно-практической конференции «Приоритеты и научное обеспечение реализации государственной политики здорового питания в России» (Орел, 2006), IV и X международных научно-практических конференциях «Потребительский рынок: качество и безопасность товаров и услуг» (Орел, 2007, 2013), VI международной научно-технической конференции «Техника и технология пищевых производств» -(Могилев, 2007), II конференции молодых ученых "Реология и физико-механическая механика гетерофазных систем" (Звенигород, 7-11 июня 2009 г.), III международной научно-практической конференции «Инновационные направления в пищевых технологиях» (Пятигорск, 29-30 октября 2009 г.), IV международной научно-практической конференции «Инновационные направления в пищевых технологиях» (Пятигорск, 19-22 октября 2010 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе в журналах, рекомендованных ВАК -1 работа, в научных журналах - 2 работы и получено 2 патента РФ на изобретение №2429708 и №2461201.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложений, включает 41 рисунок и 15 таблиц. Основной текст изложен на 127 страницах машинописного текста, приложение на 18 страницах. Библиография включает 153 источников литературы.
