CC BY
7
МАШИНЫ, АГРЕГАТЫ И ПРОЦЕССЫ
УДК 664.34
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-8-292-297
КОНСТРУКЦИЯ СМЕСИТЕЛЯ ДЛЯ КУПАЖИРОВАННЫХ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
А.Н. Остриков, Н.Л. Клейменова, М.В. Копылов, И.Н. Болгова
В статье рассмотрена разработанная конструкция смесителя для получения купа-жей функционального назначения из растительных масел. Масла произведены методом холодного прессования из семян масличных культур, таких как рапс, рыжик, подсолнечник, горчица, лен, расторопша. Известные смесители имеют ряд недостатков, а именно: высокие энергетические затраты, относительно низкую интенсивность и неравномерность перемешивания ингредиентов в создаваемом продукте, отсутствие учета физико-механических и реологических свойств перемешиваемых сред (масел и других компонентов). Целью работы являлось создание новой конструкции смесителя, позволяющей минимизировать перечисленные недостатки в процессе смешивания растительных масел при получении купажей функционального назначения. Для оптимизации процесса термического и механического воздействия на перемешиваемые ингредиенты предложена новая конструкция гребенчатых мешалок. Рассмотрено движение гребенчатых мешалок по поверхности спиралевидных коробов в заданном диапазоне температур. Представлен принцип работы смесителя для растительных масел. Предлагаемая конструкции позволит интенсифицировать процесс перемешивания растительных масел и других компонентов с учетом кинетики процесса; повысить эффективность термических и механических процессов; турбулизировать поток растительных масел и компонентов за счет оригинальной конструкции прорезей и разрыхлителей гребенчатых мешалок; улучшить качество купажа масел за счет смягчения температурных режимов и равномерности механической обработки.
Ключевые слова: смеситель, купаж, растительные масла.
В настоящее время растительные масла играют важную роль в нашем обычном рационе, потребляются непосредственно в рафинированном или первичном виде или добавляются во многие продукты пищевой промышленности [1, 2]. Маслянистые продукты также могут использоваться в качестве ингредиентов или компонентов во многих других областях, таких как косметика, краски, смазочные материалы, биодизельное топливо и т.п. Поэтому изучение растительных масел в качестве альтернативных растворителей в 21 веке подтолкнет к разработке эффективных стратегий для их перспективных будущих применений, таких как экстракция, очистка и рецептура [3-4]. Растительные масла обычно получают из семян или плодов растений (например, семян рапса, подсолнечника, рыжика и т.п.) простым прессованием и/или экстракцией растворителем [5-8]. Они считаются неполярными и липофильными системами, состав которых сильно варьируется и сложен в зависимости от их происхождения, качества и методов производства. Оптимизация условий получения для каждого метода прессования или экстракции повышает выход и качество растительного масла, в то время как тщательно выбранный процесс оптимизации в равной степени может сэкономить время и затраты на тепло и приведет к снижению затрат на весь процесс [9-12].
Целью работы является интенсификация и повышение качества процесса смешивания растительного сырья для получения купажей с помощью смесителя.
Главной задачей исследования является оптимизация процесса термического и механического воздействия на купажированные масла с помощью новой конструкции гребенчатых мешалок, а также изучение движения гребенчатых мешалок по поверхности спиралевидных коробов в заданном диапазоне температур. При этом должны быть учтены физико-механические показатели и реология исследуемых растительных масел [13, 14].
Среди многих операций, связанных с переработкой масел из масличных культур, прессование остается одним из наиболее важных этапов, поскольку оно определяет качество и количество добываемого масла. Исходное содержание масла в семенах является одним из основных факторов, определяющих выбор методов обработки и извлечения для различных масличных семян [15].
Качество смешения растительных масел и компонентов при купажировании определяется получением однородной массы купажа. Предлагаемый смеситель для купажей растительных масел состоит из корпуса 9 и размещенного внутри его полого вала 8. Вал вращается приводом 1, патрубками 11 для подачи и патрубками 7 для выхода теплоносителя (рис. 1).
зом, чтобы полученная смесь масла стекала вниз короба. Внутри короба имеются три гребенчатые мешалки 5, расположенные под углом 120°. Они закреплены на штоке 2, который находится внутри вала 8. Нижняя часть каждого короба 6 закреплена (соединяется) ленточным копиром 21 с верхом короба, что позволяет перемещать мешалки 5 в исходное (начальное - верхнее) положение (рис. 2).
На валу 8 имеются вертикальные прорези 22, что способствует легкому движению гребенчатых мешалок 5 по коробу 6. Прижатие их происходит с помощью пружины 20, упирающейся в неподвижное кольцо 19. Внутри пружины 20 имеется шток 2, который обеспечивает соосность гребенчатых мешалок 5.
Нижняя часть гребенчатых мешалок 5 состоит из прорезей 17 по конструкции, напоминающих конфузоры (рис. 3, 4) и имеющих разрыхлители 23 в виде клиньев.
12
Конструкция прорезей 17 и клиновидных разрыхлителей 23 способствует разделению перемешиваемого потока масла на струйки, которые стекают снизу вверх и вращают. Внизу корпуса 9 крепится конусовидная часть, имеющая двутельный корпус 14. В нем расположены патрубки 13 для подачи и патрубки 15, служащие для отвода теплоносителя (рис. 1). Конусовидная часть корпуса имеет патрубок 24, через который выгружают смешанное масло. На валу 8 внутри конусовидной части имеется рамная мешалка 16, а также лопасти 12, которые взаимодействуют с корпусом (контактируют), и уплотнитель 18 (рис. 3). В нижней части корпуса на валу 8 имеется конусный шнек 10 и подшипниковая опора 25 (рис. 1). К верхней крышке 4 смесителя подведены патрубки 3 для равномерного дозирования различных компонентов (эмульгаторов, стабилизаторов, структурообразователей, ароматизаторов и т.п.).
При помощи регулируемого привода 1 вращается вертикальный полый вал 8. Вверху крышка смесителя 4 снабжена патрубками 3, через которые происходит дозирование масел и компонентов. Теплоноситель через патрубки 11 подаются в короба спиральной формы 6 и поступают с заданной температурой по высоте смесителя, удаляется теплоноситель через патрубки 7. Поступающие масла и компоненты внтури корпуса 9 растекаются сверху вниз с помощью гребенчатых мешалок 5 по обогреваемой поверхности спиралевидных коробов 6. Вертикальный вал 8 имеет прорези 22, с помощью которых происходит перемещение гребенчатых мешалок 5 по коробу 6 в вертикальном направлении. Мешалки прижаты к наклонной поверхности коробов за счет сжатой пружины 20. Пружина 20 верхней частью упирается в неподвижное кольцо 19. Смесь масел и компонентов перемещают вниз по наклонной поверхности коробов 6 с помощью мешалок 5, в конце короба 6 разжимается пружина 20 (рис. 2). Далее гребенчатые мешалки 5 контактируют с коробом 6 и скользят по поверхности копира 21. Когда они подни-
маются в исходное положение, то пружина 20 сжимается. Проходя через прорези 17 гребенчатых мешалок 5 смесь и компоненты взаимодействует с клиновидными разрыхлителями 23, которые имеют форму треугольных столбиков. В связи с тем, что прорези 17 имеют форму кон-фузоров, клинья разрыхлителей 23 - треугольные столбики, а боковые грани прорезей и разрыхлителей вогнуты внутрь по винтовой линии с параллельно расположенными жгутами, идущими снизу вверх, конструкция смесителя позволяет организовать вращательное движение (перемещение нижних нагретых горячей поверхностью короба 6 слоев купажа масел вверх, а верхних холодных слоев к горячей поверхности короба 6) и перекрестное навстречу друг другу. Такое движение приводит к дополнительной турбулизации соседних, контактирующих между собой потоков.
Представленная оригинальная конструкция смесителя и формы боковых поверхностей прорезей 17, разрыхлителей в виде клиньев 23 гребенчатых мешалок 5 способствует перемешиванию и движению по наклонной поверхности короба 6 потока смеси масел, а также позволяет добиться однородности при осуществлении процесса смешивания растительных масел при купажировании, учитывая изменяющиеся физико-механические и реологические свойства сред. Такой смеситель обладает следующими достоинствами:
- процесс перемешивания растительных масел и других компонентов осуществляется с учетом кинетики процесса;
- повышается эффективность термических и механических процессов при смешивании растительных масел за счет поддержания температуры в заданном диапазоне и оптимизации характера движения потоков, при этом учитываются физико-механические свойства растительных масел и смешиваемых компонентов;
- осуществляется турбулизация потока растительных масел и компонентов за счет оригинальной конструкции прорезей 17 и разрыхлителей 23 гребенчатых мешалок 5, что положительным образом сказывается на качестве процесса смешивания;
- повышается качество купажа масла за счет смягчения температурных режимов и равномерной механической обработки.
Список литературы
1. Ostrikov A.N., Kleymenova N.L., Bolgova I.N., Kopylov M.V. Gas chromatographic analysis of the fatty acid composition of mustard oil obtained by cold pressing (method) // Emirates Journal of Food and Agriculture. 2020. V. 32 (5). P. 391.
2. Пилипенко Т.В., Астафьева В.В., Степанова Н.Ю. Изучение качественных характеристик растительных масел различными методами // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2015. №. 39. С. 90-96.
3. Tanskaya M., Roshkovska B., Skraida M., Dombrovsky G. Commercial Cold Pressed Flaxseed Oils Quality and Oxidative Stability at the Beginning and the End of Their Shelf Life // Journal of Oleo Science. 2016. V. 65 (2). P. 111-121.
4. Wong T.C., Chen Y.T., Wu P. Y., Chen T.W., Chen H.H., Chen T.H., Hsu Y.H., Yang S.H. Ratio of dietary ю-3 and ю-6 fatty acids-independent determinants of muscle mass-in hemodialysis patients with diabetes // Nutrition. 2016. V. 32 (9). P. 989-94.
5. Топчш О.А., Котляр G.O. Principles of blending fatty acid balanced vegetable oils // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2015. V. 1. P. 26-32.
6. Czaplicki S., Tanska M., Konopka I. Sea-buckthorn oil in vegetable oils stabilization // Ital. J. Food Sci. 2016. V. 28. P. 412-425.
7. Рамазанов А.Ш., Балаева Ш.А., Шахбанов К.Ш. Химический состав плодов и масла расторопши пятнистой, произрастающей на территории Республики Дагестан // Химия растительного сырья. 2019. № 2. С. 113-118.
8. Luo Z., Dyer J. M., Abdel-Haleem H., Brock J., Kutchan T., Augustin M., Fahlgren N., Schachtman D., Ge Y. Genetic diversity and population structure of a camelina sativa spring panel // Frontiers in Plant Science. 2019. V. 10 (1). P. 184.
9. Borah A., Chutia H., Balasubramanian S., Mahanta Ch. The role of food extrusion in the development of healthy food products: A review // Acta Scientific Nutrition Health Special. 2019. V. 1. P. 39-44.
10. Владыкина Д.С., Ламоткин С.А., Колногоров К.П., Ильина Г.Н., Башарова А.О. Разработка купажей растительных масел со сбалансированным жирнокислотным составом // Химия, технология органических веществ и биотехнология. 2015. № 4. С. 240-245.
295
11. Rokosik E., Dwiecki K., Siger A. The quality of cold-pressed rapeseed oil obtained from seeds of Brassica napus L. with increased moisture content // Acta Sci. Pol. Technol. Aliment. 2019. V. 18 (2). P. 205-218.
12. Simion A.I., Grigoras C.G., Gavril L.G. Mathematical modelling of ten vegetable oils thermophysical properties. Study of density and viscosity // Annals Food Sci. Technol. 2014. V. 15. Р. 371-386.
13. Остриков А.Н., Клейменова Н.Л., Болгова И.Н., Копылов М.В. Исследование теп-лофизических и реологических свойств пищевых растительных масел // Ползуновский вестник. 2021. № 2. С. 36-43.
14. Rubalya V.S., Mukesh Kumar V., Devasena T. Selected rheological characteristics and physicochemical properties of vegetable oil affected by heating // International Journal of Food Properties. 2016. V. 19 (8). P. 1852-1862.
15. Hashempour F., Torbati M., Azadmard-Damirchi S., Savage G. Vegetable oil blending: A review of physicochemical, nutritional and health effects // Trends in Food Science & Technology. 2016. V. 57. P. 52-58.
Остриков Александр Николаевич, д-р техн. наук, заведующий кафедрой, ostrikov27@yandex.ru, Россия, Воронеж, Воронежский государственный университет инженерных технологий,
Клейменова Наталья Леонидовна, канд. техн. наук, доцент, klesha78@list.ru, Россия, Воронеж, Воронежский государственный университет инженерных технологий,
Копылов Максим Васильевич, канд. техн. наук, доцент, kopylov-maks@yandex.ru, Россия, Воронеж, Воронежский государственный университет инженерных технологий,
Болгова Инэсса Николаевна, канд. техн. наук, доцент, bolgovainessa@yandex. ru, Россия, Воронеж, Воронежский государственный университет инженерных технологий
MIXER DESIGN FOR BLENDED VEGETABLE OILS OF FUNCTIONAL PURPOSES A.N. Ostrikov, N.L. Kleymenova, M. V. Kopylov, I.N. Bolgova
The mixer design developed for obtaining functional blends from vegetable oils is presented in the article. The oils were produced by cold pressing from oilseeds such as rapeseed, camelina, sunflower, mustard, linseed, milk thistle. Common mixers have a number of disadvantages, namely: high energy costs, relatively low intensity and ingredients uneven mixing in the product being developed, lack of control of the physical, mechanical and rheological properties of the mixed media (oils and other components). The aim of the work was to create a new mixer design that would minimize the listed disadvantages in the process of vegetable oils mixing in functional blends obtaining. A new design of comb-like mixers was proposed to optimize the process of thermal and mechanical impact on the ingredients mixed. The comb stirrer's movement along the surface of spiral ducts in a given temperature range was considered in the work. The principle of vegetable oils mixer was presented by the authors. The proposed design allowed us to intensify the mixing process of vegetable oils with other components, taking into account the process kinetics; to improve the efficiency of thermal and mechanical processes; to turbulize vegetable oils and components flow due to the original design of slots and openers of comb-like mixers; to improve the quality of oils blending by temperature conditions changing and processing uniformity.
Key words: mixer, blend, vegetable oils.
Ostrikov Alexander Nikolaevich, doctor of technical sciences, head of the department, ostrikov27@yandex.ru, Russia, Voronezh, Voronezh State University of Engineering Technologies,
Kleymenova Natalia Leonidovna, candidate of technical sciences, docent, klesha78@list.ru, Russia, Voronezh, Voronezh State University of Engineering Technologies,
Kopylov Maxim Vasilyevic, candidate of technical sciences, docent, kopylov-maks@yandex.ru, Russia, Voronezh, Voronezh State University of Engineering Technologies,
296
Bolgova Inessa Nikolaevna, candidate of technical sciences, docent, bolgovain-essa@yandex.ru, Russia, Voronezh, Voronezh State University of Engineering Technologies
УДК 681.5
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-8-297-302
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ПЕРЕНОСА НА БАЗЕ ПРОГРАММИРУЕМОГО ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА
Б.А. Елемесов, А.А. Картамышева, А.Н. Шахновский, К.В. Лицин
На основе промышленного робота-манипулятора Yaskawa Motoman MH-50 осуществили перемещение предметов с матрицы 3x2 в соответствующую матрицу 3x2 окончательного положения. Представленный метод дает возможность точечного переноса множества объектов из одной позиции в другую. Разработан алгоритм перемещения объекта, учитывающий особенности робота-манипулятора. Представлены теоретические выкладки разработанной методики. Проведены эксперименты на реальном робота-манипулятора Yaskawa Motoman MH-50, подтверждающие возможность использования разработанного алгоритма в промышленных условиях.
Ключевые слова: промышленный робот, манипулятор, оптический датчик, параллельный перенос, захватное устройство.
Развитие технологий перемещения объектов связаны с необходимостью размещения грузов на ограниченном пространстве [1-3]. Согласно [4] выделяют два пути развития данных технологий: экстенсивная, связанная с увеличением объемов складских помещений и интенсивная, отвечающая развитие технологий размещения. Безусловно, в долгосрочной перспективе выигрышной является второй тип, т.к. каждое место в пространстве должно быть занято объектом, готовящимся к реализации [5].
Согласно [6] в последние три года актуально вложение финансовых средств в роботизированные склады. В работе [7] представлена технология, которая включает в себя лишь внедрение роботов на склад, а не включение в себя модернизацию всего складского оборудования. При этом очевидна положительная сторона - финансовая. С другой стороны, недостаток -необходимость совершения ряда операций (учёта груза, его распределение и т.д.), которое совершается человеком. Авторы работы [8] считают, что роботы - это гибкие решения для автоматизации логистических процессов. Однако без человеческого ресурса не обойтись. Автономные устройства испытываются для автоматизации и ускорения рутинных операций при комплектации почтовых заказов. Освободившиеся сотрудники компании могут заниматься более сложными задачами.
Наиболее используемыми роботами в производстве [9] являются: портальные роботы; SCARA - роботы;
роботы с параллельными связями (дельта-роботы); осевые роботы-манипуляторы.
Наибольший интерес в разбираемой теме представляют 5-6 осевые роботы манипуляторы. Они отличаются большой универсальностью и способны выполнять целый ряд промышленных задач:
перенос объектов; сортировка изделий; сварка; резка;
сборка изделий.
Фактически любой единообразный процесс, выполняемый человеком на рабочем месте, может быть автоматизирован при помощи роботов данного типа.
297
