Научная статья на тему 'Измерение адгезии пищевых масс с конструкционными материалами'

Измерение адгезии пищевых масс с конструкционными материалами Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

CC BY
214
29
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Область наук
Ключевые слова
АДГЕЗИЯ / ADHESION / ПИЩЕВАЯ ПРОДУКЦИЯ / FOOD PRODUCTS / ПРОЧНОСТИ АДГЕЗИИ / ADHESION DURABILITIES / ПРИБОР / DEVICE

Аннотация научной статьи по прочим технологиям, автор научной работы — Коротовских Валентин Константинович

Обоснована необходимость измерения адгезии. Показано, что разрушение адгезионных связей различается по способу приложения усилия: равномерный и неравномерный отрыв и сдвиг. Описана лабораторная установка и представлены математические зависимости и методика выполнения эксперимента, позволяющие вычислить величину адгезионного напряжения.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по прочим технологиям , автор научной работы — Коротовских Валентин Константинович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MEASUREMENT OF ADHESION OF FOOD MASSES WITH CONSTRUCTIONAL MATERIALS

Need of measurement of adhesion is proved. It is shown that destruction of adhesive communications differs on a way of the effort application: even and uneven breakaway and shear. Laboratory setting is described and mathematical dependences and a technique of carrying out the experiment, allowing to calculate the size of adhesive tension are presented.

Текст научной работы на тему «Измерение адгезии пищевых масс с конструкционными материалами»

Научный журнал

Вестник Курганской ГСХА

УДК 621:53

В. К. Коротовских

ИЗМЕРЕНИЕ АДГЕЗИИ ПИЩЕВЫХ МАСС С КОНСТРУКЦИОННЫМИ МАТЕРИАЛАМИ

КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

V. K. Korotovskikh MEASUREMENT OF ADHESION OF FOOD MASSES WITH CONSTRUCTIONAL MATERIALS KURGAN STATE UNIVERSITY

Обоснована необходимость измерения адгезии. Показано, что разрушение адгезионных связей различается по способу приложения усилия: равномерный и неравномерный отрыв и сдвиг. Описана лабораторная установка и представлены математические зависимости и методика выполнения эксперимента, позволяющие вычислить величину адгезионного напряжения.

Ключевые слова: адгезия, пищевая продукция, прочности адгезии, прибор.

Need of measurement of adhesion is proved. It is shown that destruction of adhesive communications differs on a way of the effort application: even and uneven breakaway and shear. Laboratory setting is described and mathematical dependences and a technique of carrying out the experiment, allowing to calculate the size of adhesive tension are presented.

Keywords: adhesion, food products, adhesion durabilities, device.

Валентин Константинович Коротовских

Valentin Konstantinovich Korotovskikh кандидат технических наук, доцент Е-mail: Kgu_sm@kgsu.ru

При этом адгезия оценивается величиной адгезионного напряжения (прочности адгезии) оадг, силы, при ко -торой происходит отрыв массы от поверхности Ротр, отнесенной к единице площади контакта Е

: Р / F .

отр к

(1)

Адгезия или прилипание наблюдается на всех стадиях технологического процесса производства пищевой продукции - при транспортировке и переработке сырья, на промежуточных стадиях, при упаковке и хранении готового продукта. Поэтому для повышения эффективности работы технологического оборудования возникает необходимость учитывать прилипание пищевых масс (сырья, полуфабрикатов и продуктов питания) к поверхностям транспортеров, трубопроводов, шнеков, арматуры, различных емкостей и т. п.

Для измерения адгезии упругопластических пищевых масс (на примере теста) с конструкционными материалами на кафедре теоретической механики и сопротивления материалов Курганского государственного университета был спроектирован и изготовлен прибор, в основе работы которого используется методика, требующая знаний не только специальных учебных дисциплин, но и общетехнических: теоретической механики и сопротивления материалов.

Приборы и методы измерения адгезии основаны на разрушении адгезионного соединения путем приложения внешнего усилия. По способу приложения усилия различают методы равномерного и неравномерного отрыва и сдвига [1]. Для упругопластических масс используются в основном способы равномерного нормального отрыва с фиксацией усилия отрыва Р .

В качестве площади контакта Ек принимается площадь поверхности конструкционного материала.

Разделение контактирующих тел может быть по границе контакта (адгезионный отрыв), по слою продукта (когезионный отрыв) и смешанный (адгезионно-когезионный отрыв). Для пищевых продуктов чистый адгезионный отрыв наблюдается редко, поэтому усилие отрыва определяют без конкретизации его вида.

Рассматриваемый адгезиометр (рисунок 1) состоит из основания 1 со стойкой 2, на которой закреплены индикатор часового типа 3, гибкий элемент 4 и кронштейн 5. На основание 1 может устанавливаться сменный подъемный столик 6 с емкостью 7 для пищевого продукта 8. Подъем или опускание столика осуществляется с помощью винта 9. В отверстии кронштейна 5 свободно подвешен шток 10 с грузом 11 весом Р, который предназначен для создания напряжения предварительного контакта. При этом груз 11, соприкасаясь со стержнем 12, не оказывает на него давления. На стержне 12 могут закрепляться диски испытываемых конструкционных материалов 13 (например, стали, алюминия, резины). Стержень 12 шар-нирно соединен с гибким стальным элементом 4 консольного типа. К среднему сечению элемента с натягом установлен на кронштейне 14 индикатор 3, позволяющий найти значение прогиба сечения при изгибе. В целом, под действием всех сил (и контакта Р , в том числе), гибкий элемент 4 находится в равновесии, ко -торое может измениться только при воздействии на элемент усилия отрыва Р .

г отр

о

адг

Вестник Курганской ГСХА № 4, 2013

55

Усилие отрыва Ротр регистрируется различными способами [2]. В данном приборе для нахождения величины усилия отрыва используются и закрепляются знания теоретической механики и сопротивления материалов по нахождению перемещений при изгибе. Так, для консольной балки в виде гибкого элемента длиной { с сосредоточенной силой Ротр, приложенной на свободном конце С (рисунок 2), прогиб Ув среднего сечения В имеет вид:

5Р £ У _ отр У в _

3

(2)

48Е:

н.о.

где Ротр - усилие отрыва;

ЕJ - жесткость поперечного сечения гибкого

н.о А

элемента при изгибе.

Рисунок 1 - Схема адгезиометра

Рисунок 2 - Схема деформации гибкого элемента

Из формулы (2) находится усилие отрыва Ро продукта от конструкционного материала:

Р =

отр

48Б.Г,

• Ув

(3)

Таким образом, для нахождения усилия отрыва при известных размерах и материале балки фактически остается определить из опыта прогиб его сред-

него сечения Ув. Можно найти прогиб любого другого сечения, находящегося, предположим на расстоянии 1/4, 31/4 от заделки или свободного конца. При этом необходимо вывести соответствующее выражение прогиба (изменить формулу (2)).

Для определения усилия отрыва Ротр и величины адгезионного напряжения оадг по формулам (2) и (1), соответственно, с помощью данного прибора необходимо выполнить следующее. В емкость 7 сменного столика 6 уложить тесто, наполнив ее «с верхом». Замерить для нахождения оадг размеры диска испытываемого конструкционного материала, принять величину его площади равной площади контакта Ек. Закрепить с помощью резьбового соединения диск на стержне 12 прибора. Установить столик на основание 1 под диском 13. Используя кронштейн 14, создать предварительное натяжение индикатора 3. Зафиксировать его нулевое положение, отметив число полных оборотов натяжения (не менее двух). Вращая винт 9 столика, сжать пищевой продукт до полного соприкосновения с поверхностью диска 13. Выдержать в контакте в течение одной, двух минут. При этом гибкий элемент 4 должен находиться в первоначальном состоянии, т. е. усилие контакта Рк не должно превышать веса Р груза 11 при нулевом показании индикатора 3. Если равновесие элемента будет нарушено, вес груза следует увеличить. Приложить к элементу 4 изгибающую нагрузку. Для этого, медленно раскручивая винт 9 и наблюдая за отклонением стрелки индикатора 3, опускать емкость 7 до тех пор, пока не произойдет адгезионного, когезионного или смешанного отрыва теста от диска 13 конструкционного материала (когда стрелка индикатора 3 начнет перемещаться в обратную сторону). Зафиксировать показание индикатора в момент отрыва, равное величине прогиба среднего сечения Ув консольной балки 4. Для обеспечения статистической надежности опыт повторяется несколько раз с определением среднего арифметического числа.

Прибор может быть использован для подготовки специалистов, деятельность которых связанна с переработкой и хранением пищевой продукции при изучении ее физико-механических свойств, в частности адгезии с конструкционными материалами.

Список литературы

1 Реометрия пищевого сырья и продуктов: Справочник / Под. ред. Ю. А. Мачихина. - М.: Агропро-миздат, 1990. - 270 с.

2 Структурно-механические характеристики пищевых продуктов: Справочник / Под ред. А. В. Горбатова. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 294 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.