CC BY
19
reliably fix the candy in the box and significantly reduce the marriage of products during loading and unloading operations, excluding the displacement and precipitation of candy in the box when shaking.
Key words: correction, fixing of sweets, shock-absorbing retainers, transportation, marriage, cells.
Krasnaya Irina Aleksandrovna, master, i.magenta@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.9; 663
АНАЛИЗ ВРЕМЕНИ НАПОЛНЕНИЯ АЛЮМИНИЕВОЙ БАНКИ
ПИЩЕВЫМИ НАПИТКАМИ
О.Д. Рожкова
Проведены исследования в области процесса наполнения газированными и негазированными пищевыми напитками алюминиевых банок в автоматических роторных фасовочно-упаковочных машинах для розлива, построена математическая модель процесса наполнения тары, проведен анализ влияния физико-химических свойств напитков и геометрических параметров разливочных устройств на время наполнения алюминиевой банки различных объемов.
Ключевые слова: алюминиевая банка, розлив, время наполнения банки.
Розлив различных видов газированных и негазированных напитков в алюминиевые банки широко применяют в пищевой промышленности. Это обусловлено возможностью такой тары обеспечивать длительный срок хранения напитка, удобством транспортировки, хранения и, что наиболее важно для современного потребителя, алюминиевые банки легко вскрываются без использования дополнительных средств, могут быть использованы на ходу и не загрязняют окружающую среду, так как могут быть многократно переработаны и вновь использованы [1]. Исследования основных стадий производства алюминиевых банок, проведенные в предыдущих работах [2, 3], позволили выявить оптимальные параметры оборудования, при которых поступившая на предприятие для розлива алюминиевая банка будет соответствовать основным показателям качества.
Напитки для розлива в алюминиевую тару разнообразны по своим физико-химическим свойствам, поэтому особенности их розлива в алюминиевую банку могут отличаться друг от друга. Разливаемые напитки характеризуются разными значениями вязкости, что в значительной мере определяет возможность и скорость их розлива требуемым способом наполнения. Как правило, при розливе в алюминиевую банку используется принцип контроля наполнения по уровню, а не по объему. При этом напиток перестает поступать в банку, когда жидкость коснется трубки для выхода газа. Принцип контроля по объему заключается в том, используется специальный дозировочный резервуар, отмеренная порция напитка из которого попадает в банку [4].
Анализ изученной литературы показал, что наиболее современным и производительным способом дозирования газированных напитков является дозирование по объему. Процесс наполнения алюминиевой банки состоит из следующих основных операций: подготовка дозатора к работе, спуск дозирующего устройства, создание избыточного давления, наполнение и сброс давления после розлива (при розливе газированных напитков).
Основной стадией данного процесса является наполнение алюминиевой банки напитком. Для разработки математической модели процесса наполнения алюминиевой банки воспользуемся известными формулами.
Время наполнения одной банки объемом Уб выражается формулой
Тн = Уб / £ж , (1)
где Qж - расход жидкости, вытекающий через сливное отверстие, определяемый по выражению
Qж =Ф-1 и, (2)
в котором ф - коэффициент расхода сливного канала; / - площадь сечения отверстия для выхода жидкости; и - скорость истечения жидкости из сливной трубки.
Коэффициент расхода сливного канала
ф= , V , (3)
1+ L
d ■ п
где - суммарный коэффициент местных сопротивлений сливного канала (принимается равным 5,1); X - коэффициент гидравлического сопротивления по длине канала; Ь - длина сливного канала; d - внутренний диаметр сливных трубок; п - количество сливных трубок.
Коэффициент гидравлического сопротивления по длине канала определяется по выражению
Х = 0,3164/ Яе 0'25, (4)
в котором число Рейнольдса 2500 < Яе < 50000 определяется по выражению
^е = ^^; (5)
V
где V - кинематическая вязкость разливаемой жидкости [5].
Площадь сечения отверстия для выхода жидкости через сливные
трубки
/ = — ■ п. (6)
4
Скорость истечения жидкости из сливной трубки для двух случаев:
и = ф/2Ар/ Рж , (7)
где Ар - разность давления в измерительной камере и наполняемой таре; рж - плотность разливаемой жидкости.
375
С учетом выражений (2) - (7) выражение (1) преобразуется в математическую модель процесса розлива газированных напитков
12
тн =-
0,25^2 • п • Vб
1 + +
0,3164 • L
2Ap
Р
(8)
ж
d • п •4
V
Полученная математическая модель (8) учитывает влияние на время наполнения банки ее объема, физико-химических свойств разливаемой жидкости (плотность, кинематическая вязкость), конструктивных параметров разливочного устройства машины (диаметр и количество сливных трубок, длина сливного канала) и разность давления в измерительной камере и наполняемой алюминиевой банки.
Проанализируем, как указанные параметры влияют на время тн наполнения алюминиевой банки различных объемов свойства газированных напитков и конструктивные особенности фасовочно-упаковочного оборудования линий розлива.
На рис. 1 показаны графики зависимости времени наполнения алюминиевой банки пивом с физико-химическими характеристиками: плотность от 1000 (для безалкогольного пива) до 1100 кг/м3 (для пива крепо-
стью 14%), кинематическая вязкость от 0,1 • 10 6 до 3,0 • 10 6 м2/с [6]. Принимаем диаметр сливных трубок, равным 3 мм, их количество 28, длина сливного канала 18 мм, разность давления в измерительной камере
1,25 • 104 Па при объемах наполняемой алюминиевой банки 0,33 л (рис. 1, а) и 0,5 л (рис. 1, б).
а б
Рис. 1. Графики зависимости времени наполнения алюминиевой банки пивом в зависимости от его плотности и коэффициента кинематической вязкости при объемах банки 0,33 л (а) и 0,5 л (б)
376
Графики показывают, что время розлива пива в алюминиевую банку объемом 0,33 л находится в диапазоне от 2,05 до 2,16 с при кинематической вязкости 0,1 ■ 10- 6 м2/с и от 2,08 до 2,18 с при кинематической вязкости 3,0 ■ 10- 6 м2/с. При этом, чем больше плотность и кинематическая вязкость пива, тем больше время наполнения банки (см. рис. 1, а). При розливе пива в алюминиевую банку объемом 0,5 л время наполнения банки находится в диапазоне от 3,11 до 3,24 с при кинематической вязкости
0,1 ■ 10-6 м2/с и от 3,17 до 3,32 с при кинематической вязкости 3,0 ■ 10-6 м2/с. (см. рис. 1, б).
В последнее время наметилась тенденция розлива соков в алюминиевую тару. На рис. 2 показаны графики зависимости времени наполнения алюминиевой банки соком с физико-химическими характеристиками: плотность от 1050 (для сока с низким содержанием сухих веществ) до 1350 кг/м3 (для сока с высоким содержанием сухих веществ), кинематическая
вязкость от 0,1 ■ 10-6 до 4,8 ■ 10-6 м2/с [6]. Параметры разливочного устройства принимаем равными: диаметр сливных трубок 3 мм, их количество 24, длина сливного канала 20 мм, разность давления в измерительной
камере 1,5 ■ 104Па при объемах наполняемой алюминиевой банки 0,33 л (рис. 2, а) и 0,5 л (рис. 2, б).
Рис. 2. Графики зависимости времени наполнения алюминиевой банки соком в зависимости от его плотности и коэффициента кинематической вязкости при объемах банки 0,33 л (а) и 0,5 л (б)
Графики показывают, что время розлива пива в алюминиевую банку объемом 0,33 л находится в диапазоне от 2,1 до 2,38 с при кинематической вязкости 0,1 ■ 10- 6 м2/с и от 2,15 до 2,43 с при кинематической вязкости 5,0 ■ 10- 6 м2/с (см. рис. 2, а). При розливе пива в алюминиевую банку
377
объемом 0,5 л время наполнения банки находится в диапазоне от 3,18 до 3,57 с при кинематической вязкости 0,1 • 10- 6 м2/с и от 3,27 до 3,67 с при
кинематической вязкости 5,0 • 10- 6 м2/с. (см. рис. 2, б).
Таким образом, проведенные исследования в области процесса наполнения алюминиевых банок пищевыми напитками с использованием построенной математической модели процесса наполнения позволили оценить влияние физико-химических свойств напитков и геометрических параметров разливочных устройств на время наполнения алюминиевой банки различных объемов. Было показано, что при увеличении плотности на 10...20 % время наполнения тары увеличивается на 5...15 %, при увеличении вязкости в 2 раза время наполнения тары увеличивается на 3.7 %. Поэтому плотность напитка оказывает более существенное влияние на время наполнения таты.
Список литературы
1. Рожкова О. Д. Перспективные технологии изготовления алюминиевой тары для напитков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 6. С. 280-285.
2. Давыдов И.Б., Пузиков И.В., Рожкова О.Д. Анализ технологии производства алюминиевых банок для пивоваренной промышленности // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 3. С. 460-464.
3. Рожкова О. Д. Исследование основных параметров процесса вытяжки корпуса алюминиевых банок // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. № 3. С. 521-527.
4. Розлив напитков [Электронный ресурс]. URL: https://ozlib.com/ 882572/tovarovedenie/rozliv napitkov (дата обращения: 25.02.2020).
5. Примеры гидравлических расчетов [Электронный ресурс]. URL: https://mykonspekts.ru/1-110937.html (дата обращения: 12.03.2020).
6. Чубик И. А., Маслов А.М. Справочник по теплофизическим характеристикам пищевых продуктов и полуфабрикатов. М.: Пищевая промышленность, 1970. 184 с.
Рожкова Оксана Дмитриевна, магистрант, od.rozhkovaarmc-holding. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF THE FILLING TIME OF AN ALUMINUM CAN FOOD DRINKS
O.D. Rozhkova
The article studies the process offilling carbonated and non-carbonated food drinks in aluminum cans in automatic rotary filling and packaging machines for filling, a mathematical model of the process of filling containers, an analysis of the influence of physical and chemical properties of beverages and geometric parameters of filling devices on the time of filling an aluminum can of various volumes.
Key words: aluminum can, filling, filling time.
378
Rozhkova Oksana Dmitrievna, masters, od. rozhkova@rmc-holding. com, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.9; 663
ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИИ КАРТОНА ПРИ БИГОВКЕ
И.А. Красная
Рассматриваются основные параметры биговочных канавок, получаемых в процессе штанцевания плоских заготовок, что является важной операцией на этапе биговки, анализируется производственный результат при изменении основных значений. Построены графики зависимости, на основании которых сделаны выводы об оптимальных параметрах формующего инструмента и используемого картона.
Ключевые слова: бигование, биговочкая канавка, биговальный нож, толщина картона, штанцевание, коробка, деформация.
Все чаще известные торговые марки собственные кондитерские изделия упаковывают в картонные коробки с коррексом. Такой товар, как конфеты имеет нежную и хрупкую структуру и благодаря коррекс-упаковке по большей части удается избегать появления бракованных изделий - смятых и поломанных конфет, образующихся в результате погрузоч-но-разгрузочных работ и транспортировки. В предыдущих работах были выявлены отрицательные моменты, касающиеся непосредственно самого коррекса как структурного элемента картонной упаковки и предложен путь решения рассмотренной проблемы [1]. В данной работе уделим особое внимание другой части тары - картонной коробке, в которую, собственно, и вкладывается коррекс.
Качественно выполненная картонная упаковка придает представительность коробке конфет. Потребитель наглядно, даже по внешним признакам картона, из которого сделана коробка, может судить о категории самой тары и упакованных в нее конфет.
Во время создания самой картонной коробки картон, помимо основных стадий, которые условно можно разделить на отделочные и формообразующие этапы, в числе последнего проходит важные операции высечки и биговки, входящие в процесс штанцевания. Во время этих операций все взаимодействия происходят с листом картона, посредством производственных манипуляций из которого формируется объемная коробка [2, 3].
Форма, геометрические размеры и состояние картона в углах коробок зависят от профиля биговочных канавок, получаемых в процессе штанцевания плоских заготовок.
