CC BY
7
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].
Современное упаковочное производство стремится в первую очередь обеспечить для потребителя удобство упаковки при открывании и возможность дальнейшего хранения в ней сыпучего продукта, а для производителя - сохранность и целостность упакованного продукта при транспортировании и хранении, возможность использования универсального фасовочно-упаковочного оборудования для различных номенклатур сыпучих продуктов. Поэтому объемные трехшовные пакеты получили наибольшее распространение [2, 31.
Как показал анализ устройства и принципа действия фасовочно-упаковочного оборудования, образующего трехшовный пакет из одного рулона упаковочного материала, все автоматы работают по схожему принципу, который заключается в следующем. После дозировки требуемой порции продукта, поступающего из загрузочного бункера, из рулона упаковочного материала с помощью функциональных механизмов автомата в рукавообразователе происходит формование пакета и придание ему требуемой формы с помощью термосвариваемых устройств сначала в вертикальном направлении, а затем в горизонтальном. Готовый пакет с продуктом по транспортеру движется на дальнейшие операции (рис. 1).
Одним из функциональных устройств фасовочно-упаковочных машин является устройство для разматывания рулона полимерной пленки. В таких устройствах рулоны фиксируются с помощью конусных втулок на горизонтальном валу, который установлен на подшипниках и приводится во вращение от электродвигателя через редуктор. Регулирование же скорости размотки ленты обеспечивается механизмом.
При расчете таких устройств важным этапом является определение крутящего момента М, который обеспечивает вращение рулона
М = М1 + М2 + М3, (1)
в которой М1 - момент сил трения в опорных подшипниках, воспринимающих вес рулона и вращающихся с ним частей; М 2 - момент, обусловленный инерцией разгоняемого рулона и вращающихся с ним вала, конусных втулок и др.; М3 - момент, создаваемый тормозным устройством [4].
Для упрощения известных формул для вычисления крутящего момента, выразим последовательно каждый из входящих в выражение (1) момент и, выполнив некоторые преобразования, получим
М1 = 0,5 ■ g ■ (Юр + тв) ■ ( ц, (2)
где Юр - масса рулона упаковочного материала; тв - масса вала и вращающихся с ним частей (втулок, колец подшипников, шкива и пр.); ( -диаметр опорного подшипника по поверхности трения; ц - коэффициент трения в опорном подшипнике;
М 2
С s
тр („2 тв Я2
в^в
2 Я + * 1+ 2
ж'"2 (3)
10 -аР
где Яр и Гр - радиусы рулона и его осевого отверстия; Яв - радиус вала;
п - частота вращения вала при разматывании; ар - угол размотки рулона, град.;
М 3 = М 2 + М1. (4)
Заменим в выражениях (2), (3) массу рулона Шр на выражение
т
р
Рп-Ур =Рп •Нр Яр -гр Ь
р
22
(5)
в котором рп - плотность полимера; Ур - объем рулона; Нр - ширина рулона.
Рис. 1. Технологическая и расчетная схема фасовочно-упаковочного автомата: 1 - загрузочный бункер; 2 - вращающийся дозатор; 3 - воронка; 4 - рукавообразователь; 5, 6, 7 - устройства для термосваривания продольного и горизонтальных швов; 8 - пакет с сыпучим продуктом; 9 - конвейер; 10 - направляющий ролик; 11 - рулон ленты; 12 - вал; 13 - редуктор; 14 - двигатель
Представленные выражения позволяют определить значение крутящего момента М по выражениям (1) - (5) и в дальнейшем подобрать оптимальный вариант конструкции механизма торможения.
Общее выражение крутящего момента после преобразований
2
2 2 4 4 2 ПП
М = [прпНр (Яр - г2) + Шв+ [прпНр (ЯР - г4) + ШвЯ2]-— р р 10а
(6)
Р
Тогда мощность привода конструкции устройства для разматывания рулона выразим с помощью формулы
к • М • п • п
N =
30 -п
362
после преобразований с использованием выражения (6) получим
2 2 4 4 2 2 3
_ [ пр п Н р(Гр ) + т в ](цg + [ пр п Нр(Яр> — Гр ) + тв Яв ]п п к
N =-----, (7)
300 па Р
где к - коэффициент запаса по мощности; п - общий КПД привода.
Построим графики зависимости мощности привода устройства для разматывания рулона в зависимости от частоты вращения для различных видов полимерных упаковочных материалов, характеризующихся различными плотностями: полипропилен (1111) 900 кг/м3, полиэтилен низкого давления(ПЭНД) 960 кг/м3, полиамид (ПА) 1130 кг/м3, поливинилхлорид (ПВХ) 1250 кг/м3, полиэтилентерефталат (ПЭТ) 1390 кг/м3. При моделировании были приняты следующие обозначения: диаметр опорного подшипника по поверхности трения ( = 0,12 м, коэффициент трения в опорном подшипнике ц = 0,02, радиус вала Яв = 0,05 м, угол ускорения рулона
а р = 70°, масса вала и вращающихся с ним частей тв = 10 кг, радиус осевого отверстия рулона Гр = 0,07 м, коэффициент запаса по мощности привода к = 1,1 и общий КПД привода п = 0,94 (рис. 2).
к
кВт
1:
„ *
' *
ПЭТ
пэнд
ПА ПВХ
кВт
Ш
: 70
150
210
230 ^ об. мин
а
230 }гг об. ннн
:с
15
10
150
.V.
ПЭТ
пэнд
ПА
ПВХ
пп
170
190
:ю
230 и. об. мин
б
/
У -V
У
ПЭТ
пэнд
ПА ПВХ
пп
в г
Рис. 2. Графики зависимости мощности привода устройства для разматывания рулона в зависимости от частоты вращения для полимерных пленок при Яр = 0,2м, Нр = 0,2м (а), Яр = 0,2м,
Нр = 0,25м (б), Яр = 0,25м, Нр = 0,2м (в), Яр = 0,25м, Нр = 0,25м (г)
Графики показывают, что при использовании пленки из ПЭТ мощность привода устройства для разматывания рулона для каждого конкретного случая повышается в среднем на 45...55 % по сравнению с использованием пленки из 1111. Например, при частоте вращения 210 об./мин и параметрах рулона Rр = 0,25 м, H^ = 0,2м мощность привода устройства составит для пленки 1111 - 6 кВт, а для пленки ПЭТ - 9,2 кВт (см. рис. 2, в).
Таким образом, по приведенным зависимостям можно определить оптимальное значение мощности привода при разматывании рулона и для других типов полимерных пленках, варьируя значением их плотности.
Список литературы
1. 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.
2. Рожков А.М. Анализ фасовочно-упаковочного оборудования пищевых изделий в пакеты flow-pack // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 10. С. 522-526.
3. Пантюхина Е.В., Котляров В.С., Пантюхин О.В. Перспективные технологии изготовления пищевой упаковки: учебник. Тула: Изд-во ТулГУ, 2018. 212 с.
4. Расчет устройства размотки рулона [Электронный ресурс]. URL: https://studbooks.net/1864381/tovarovedenie/raschet ustroystva razmotki rulo na (дата обращения: 02.04.2020).
Рожков Александр, Михайлович, магистрант, rojkov. am@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF THE MAIN DEVICE PARAMETERS FOR UNWINDING ROLLS PACKAGING POLYMER MATERIAL
A.M. Rozhkov
The article develops a mathematical model describing the influence of various parameters of the polymer material and the device for unwinding rolls of packaging material on the drive power of the packaging equipment. the analysis of the main parameters for packaging bulk food products in bulk polymer bags is carried out.
Key words: polymer bags, packaging, device for unwinding the roll.
Rozhkov Alexander Mikhailovich, masters, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
