CC BY
9
2. Рожков А.М. Обеспечение рациональных параметров полимерной тары в форме пакетов для сыпучих пищевых продуктов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 3. С. 433-438.
3. Ефремов Н.Ф., Лемешко Т.В., Чуркин А.В. Конструирование и дизайн тары и упаковки: учебник. Москва: МГУП, 2004. 424 с.
Рожков Александр, Михайлович, магистрант, rojkov. am@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
RESEARCH OF STRENGTH PROPERTIES POLYMER PACKAGING MA TERIALS
A.M. Rozhkov
The article presents studies that allow us to evaluate the influence of the strength properties of packaging polymer materials and temperature on the deformation durability during creep in the area of rapid increase of deformation preceding destruction, and under prolonged loading.
Key words: polymer packaging, strength, durability, packaging offood products.
Rozhkov Alexander Mikhailovich, masters, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.798; 664 (075.8)
АНАЛИЗ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ФАСОВОЧНО-УПАКОВОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ ПОСЫПКЕ ЭСКИМО
М.Б. Иголкина
Выявлены оптимальные условия процесса посыпки эскимо сухими пищевыми компонентами и параметры работы фасовочно-упаковочного оборудования, позволяющие равномерно распределить по поверхности мороженого и минимизировать потери компонентов смеси.
Ключевые слова: мороженое, эскимо, фасовочно-упаковочные линии, посыпка мороженого.
Эскимо на палочке с посыпкой из различных видов сухих продуктов, например, орехов, шоколадной крошки, кукурузных хлопьев, мармелада, кокосовой стружки и др. является одним из распространённых современных видов мороженого в виду привлекательного внешнего вида мороженого, неповторимого хруста и приятных вкусовых ощущений [1].
В предыдущей статье были проведены теоретические и экспериментальные исследования процесса посыпки мороженого сухими пищевыми изделиями в процессе его фасовки и упаковки. Было выявлено, для эскимо в молочном шоколаде с посыпкой из кешью, грецких орехов
355
и кукурузных хлопьев при производстве 12000 шт./ч потери сухой посыпки и шоколада в фасовочно-упаковочной машине составляют 100-200 кг в смену. Было получено, что стоимость этих потерь в месяц в целом может составить не менее одного миллиона рублей при потерях компонентов сухой посыпки и шоколада в среднем от 28 до 42 тыс. руб. в смену. С помощью разработанной методики оценки потерь на этапах фасовки и упаковки при производстве эскимо с посыпкой было выявлено, что например, при трёхкомпонентной смеси посыпки и выработке 300000 штук в смену, потери кешью в смену составят 33000 руб. (при стоимости 750 руб./кг), потери грецких орехов составят 22000 руб. (при стоимости 450 руб./кг), потери воздушного риса - 65000 руб. (при стоимости 250 руб./кг). Суммируя потери отдельных компонентов сухой посыпки, ее общие потери составят около 120 тыс. руб. в смену [2].
С целью сокращения потерь шоколада и компонентов сухой посыпки необходима корректная настройка фасовочно-упаковочного оборудования, добиться которой возможно путем разработки модели процесса, учитывающей взаимосвязанное влияние на процесс обсыпки параметров обсыпаемых компонентов и параметров оборудования и позволяющей подобрать оптимальные параметры работы при производстве любого вида эскимо с посыпкой из различных видов компонентов.
Схема участка и механизма посыпки мороженого в фасовочно-упаковочной машине показана на рис. 1.
а б
Рис. 1. Схема посыпки мороженого эскимо сухой смесью (а) и расчетная схема посыпки эскимо (б) в фасовочно-упаковочной машине: 1 - лопасть; 2 - компонент посыпки; 3 - траектория движения компонента; 4 - эскимо на палочке
С целью обеспечения оптимальной посыпки эскимо сухой смесью, позволяющей минимизировать потери ее компонентов, необходимо правильно подобрать частоту вращения лопастей каждой секции, при которой будет обеспечиваться равномерное распределение посыпки по всей цилиндрической поверхности эскимо, конструктивные параметры лопасти механизма посыпки и оптимальное расстояние от оси вращения лопастей до цилиндрической поверхности мороженого. При этом слишком высокие значения частоты вращения лопастей могут привести к утяжелению шоко-
лада в связи со струйной подачей смеси и дальнейшему его отслаиванию от мороженого вместе с сухими компонентами смеси. Для описания процесса движения компонентов посыпки, масса каждого из которых не превышает одного грамма, считаем каждую его частицу материальной точкой.
Рабочая поверхность лопасти имеет длину 1, которая в зависимости от конструкции машины может составлять от 1/4 до 1/6 всего диаметра D лопастей (см. рис. 1, б).
Каждый компонент сухой смеси, находясь на лопасти и ограниченный ее нижним краем, начинает движение после прохождения верхней точки.
Воспользуемся уравнением горизонтального движения материальной точки и получим систему уравнений
х =
Л *2 (1)
ушт
=Р -1)-*
2 •
2
из первого уравнения которой выразим время движения t, подставим его во второе уравнение системы, а также выразим начальную окружную скорость ио через частоту вращения п и геометрические параметры лопасти, получим выражение
Уш,„ = (Р -1 , (2)
тр - 21)п2
. 60 _
где х - путь, пройденный по оси х в горизонтальном направлении до попадания смеси на поверхность эскимо или расстояние от оси вращения лопастей до цилиндрической поверхности эскимо.
Выражение (2) справедливо для нахождения компонента смеси в нижней точке лопасти. Для ее нахождения в верхней точке получим по аналогии с выражениями (1), (2) формулу
2
у шах =0 -1)- г * ^Х . . (3)
_ Г т(й - 21)
2 • -
_ 60 _
Проанализируем с помощью выражений (2), (3) влияние частоты вращения лопастей каждой секции устройства, конструктивных параметров лопасти механизма посыпки и оптимального расстояния от оси вращения лопастей до цилиндрической поверхности эскимо на равномерность и качество посыпки.
На рис. 2 представлены графики зависимости траектории движения компонентов посыпки в верхней и нижней точках лопастей при их частотах вращения 100, 150, 200, 250 об./мин при расположении цилиндрической поверхности эскимо на расстоянии 0,08 м (х) от оси вращения лопастей; диаметр лопастей D = 0,15 м; длина лопасти 1 = 1/6 D.
Графики, представленные на рис. 2, а, показывают, что при указанных характеристиках фасовочно-упаковочного оборудования сухая посыпка не полностью охватывает поверхность эскимо, так как располагается слишком низко (нижняя точка) или лишь на половину (верхняя точка) покрывает мороженное.
Графики, представленные на рис. 2, б, показывают, что при указанных характеристиках фасовочно-упаковочного оборудования сухая посыпка хоть и больше, чем в предыдущем случае, но все равно не полностью охватывает поверхность эскимо, так как располагается слишком низко (нижняя точка) или лишь частично (верхняя точка) покрывает мороженное. В данном случае получается самая широкая зона посыпки.
В дальнейшем видим, что область движения компонентов посыпки при увеличении частоты вращения лопастей начинает сужаться и траектория ее движения приближается к прямой линии.
II II
в г Рис. 2. Графики зависимости траектории движения компонентов посыпки в верхней и нижней точках лопастей при частотах вращения 100 (а), 150 (б), 200(в), 250 (г) об./мин и диаметре лопастей D=0,15 м: --нижняя точка;.... - верхняя точка
Например, на графиках, представленных на рис. 2, в, видно, что при указанных характеристиках фасовочно-упаковочного оборудования сухая посыпка больше, чем в предыдущем случае, охватывает поверхность эскимо (верхняя точка), но в нижней области попадает лишь в среднюю часть
358
у
0.16 О 14 О 12 0.1 0.03 006 0.04 0.02 О
а
б
У О 16
0.14
0.12
0.1 fl.OS 0.06 004 002 О
О 0.01 0.02 O.Oj 0.04 0.05 0.06 0.07 х
О 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 к
мороженого, не доходя до его нижнего края (нижняя точка). На графиках рис. 2, г показано, что зона посыпки слишком мала, и посыпание полной поверхности мороженого в этом случае невозможно.
Таким образом, оптимальным диапазоном частоты вращения лопастей для качественно посыпки эскимо сухими пищевыми компонентами является диапазон от 150 до 200 об./мин.
Для указанного диапазона частоты вращения лопастей построим аналогичные графики зависимости траектории движения компонентов посыпки в верхней и нижней точках лопастей при их частотах вращения 150 и 200 об./мин при расположении цилиндрической поверхности эскимо на расстоянии 0,08 м (х) от оси вращения лопастей; диаметр лопастей О = 0,2 м; длина лопасти I = 1/6 О. Указанные графики представлены на рис. 3.
Рис. 3. Графики зависимости траектории движения компонентов посыпки в верхней и нижней точках лопастей при частотах вращения 150 (а), 200 (б) об./мин и диаметре лопастей D=0,2 м: --нижняя точка;.... - верхняя точка
Графики, представленные на рис. 3, а, показывают, что при указанных характеристиках фасовочно-упаковочного оборудования сухая посыпка практически полностью охватывает поверхность эскимо в верхней зоне, но нижнее ее расположение не попадает на поверхность мороженого (нижняя точка). Графики, представленные на рис. 3, б, показывают, что при указанных характеристиках фасовочно-упаковочного оборудования сухая посыпка полностью охватывает поверхность эскимо от верхней до нижней точки, образуя достаточную для посыпки зону.
Таким образом, исследования показали, что оптимальные условия процесса посыпки эскимо сухими пищевыми компонентами будет обеспечиваться при частотах вращения лопастей от 150 до 200 об./мин; при расположении поверхности эскимо от оси вращения лопастей на расстоянии х = 0,08 м, так как в данном случае будет равномерно распределена вся смесь по поверхности мороженого и, тем самым, будут минимизированы потери компонентов смеси.
Список литературы
1. Давыдова Е.В., Пантюхин О.В., Пронина Е.В. Сравнительный анализ работы эскимогенератора при производстве различных видов мороженого эскимо // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 4. С. 181-188.
2. Иголкина М.Б. Оценка потерь компонентов посыпки для эскимо в фасовочно-упаковочном оборудовании // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 3. С. 438-443.
Иголкина Мария Борисовна, магистрант, maria. igolkina@,mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF OPTIMAL PARAMETERS OF FILLING AND PACKAGING EQUIPMENT
FOR POPSICLE SPRINKLING
M.B. Igolkina
The article reveals the optimal conditions for the process of Popsicle sprinkling with dry food components and the parameters of the filling and packaging equipment, which allow to evenly distribute the ice cream on the surface and minimize the loss of the components of the mixture.
Key words: ice cream, Popsicle, filling and packaging lines, ice cream sprinkling.
Igolkina Maria Borisovna, masters, maria. igolkina@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.798; 664 (075.8)
АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА
ДЛЯ РАЗМАТЫВАНИЯ РУЛОНОВ УПАКОВОЧНОГО ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА
А.М. Рожков
Разработана математическая модель, описывающая влияние различных параметров полимерного материала и устройства для разматывания рулонов упаковочного материала на мощность привода фасовочно-упаковочного оборудования, проведен анализ основных параметров при упаковывании сыпучих пищевых продуктов в объемные полимерные пакеты.
Ключевые слова: полимерные пакеты, упаковывание, устройство для разматывания рулона.
Одним из наиболее распространенных видов тары для упаковки сыпучих пищевых продуктов, например, круп, макаронных изделий, орехов и др., является мягкая тара из полимерных материалов в форме пакетов с тремя (объемный пакет) или четырьмя (плоский пакет) швами. Четы-рехшовный пакет в фасовочно-упаковочном оборудовании образуется из двух рулонов полимерного материала, а трехшовный, как правило, из одного рулона упаковочного материала [1].
