CC BY
25
663/664.022:621.937.02.004.15 (043.3)
КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ РАБОТЫ РЕЗАЛЬНЫХ МАШИН
В.М. ХРОМЕЕНКОВ, О.П. РЕНЗЯЕВ, Н.ф. УРИНОВ, М.Х. САИДОВА, В.М. НОВИКОВ
Московский государственный университет пищевых производств
Сохранение исходной формы и структуры полуфабриката, точность размеров получаемых заготовок, ровность и гладкость поверхности среза, минимальное количество отходов и брака являются главнейшими показателями работы резальных машин, на основе которых должен выполняться выбор их рабочих характеристик.
Объективное определение этих показателей, как правило, связано с трудностями, что обусловлено сложным строением структуры пищевых полуфабрикатов, наличием технологических особенностей, одновременным присутствием разнородных фаз и сред. Отмечая это, большинство исследователей указывают на однозначный характер зависимости между качеством, с одной стороны, и усилиями резания — с другой [1, 2].
Однако величина усилий резания не учитывает размеры разрезаемых заготовок и кинематические режимы резания, поэтому в качестве дополнительных критериев для выбора рациональных режимов резания и геометрии ножей предлагается ввести удельные величины режущей способности и работы резания, а также коэффициенты трения при резании.
Удельная режущая способность К (см2/(Я-с)) определяется выражением
К = F/Rx, где R — полное усилие резания,
R — Rl + R2, i?,, R? — усилия резания и подачи;
г — вновь образованная поверхность за время Т.
Физический смысл этого показателя заключается в том, что он характеризует скорость образования новой поверхности материала, отнесенную к единице усилия резания. Можно предположить, что при жесткой подаче и постепенном затуплении режущего инструмента параметры F и г будут постоянны, а величина R будет увеличиваться. Производительность резальной машины не изменится, так как F/х = const, но при снижении критерия ниже предельных значений Кт1в произойдет параметрический отказ машины по показателю качества среза.
Удельная работа резания К (Дж/см2) может быть выражена формулой вида К = А/х,
где А — энергетическая интенсивность резания, Вт/см".
А = (RlUl + R2U2) / F, где [/,, U2— соответственно скорости резания и подачи.
После подстановки А в выражение для К получаем
К = (£,£/, + R2U2) х / F.
Этот критерий показывает, какое количество механической работы необходимо затратить для образования 1 см2 новой поверхности при фиксированных режимах и геометрии ножей.
Коэффициент трения при резании характеризует эффективность работы лезвия режущего инструмента и определяется по формуле
/р = я,/я2-
„Экспериментальное определение величин К, К к [проводили на установке, выполненной по принципу действия резальных машин рамного типа. Установка состоит из двух основных механизмов — резания и подачи, которые имеют индивидуальные электроприводы и смонтированы на сварной станине. Установка оснащена средствами электроуправления и блокировки приводных двигателей, а также комплектом измерительной и записывающей аппаратуры. Стенд обеспечивает возможность регулирования в широких пределах режимов резания и варьирования геометрических параметров режущего инструмента. В установке предусмотрена подача материала в зону резания по двум вариантам: в режимах U2 = const и R2 = const.
Для исключения возможного влияния на показатели работы экспериментального стенда такого важного комплекса, как микрогеометрия лезвий, формирование режущих кромок пластинчатых ножей выполнялось в постоянных условиях.
Резанию подвергался ржаной (ГОСТ 2077) и пшеничный (ГОСТ 8055) хлеб, а также сухарные плиты (ГОСТ 8494) с выдержкой Т 4-24 ч. Основные технологические показатели объекта резания соответствовали указанным стандартам.
В опытах изучали зависимость указанных критериев от кинематических режимов — скорости подачи при п 1600 мин’1, 2г 20 мм, 7 4ч (табл. 1); величины хода ножевой рамы при п 1600 мин”1, И2 0,012 м/с, 7 4ч (табл. 2) и ее частоты двойных ходов при 2г 20 мм, U2 0,012 м/с, 7 4 ч (табл. 3) в случае резания сухарных плит.
Таблица I
1 U 2- , м/с-10 ° /Р К , см2/ (Н-с) Дж/ см2
12 ! ,64 0,38 1,91
18 1,51 0,52 1,41
24 1.29 0,64 1,31
30 1,20 0,71 1,06
36 1,20 0,79 0,95
If JlLi
pcTWS
i'h Д'' !■ |ч И'.:1 -
50rl3V-
ЧЖгГ-
:p ft. ion no IrL-
<ЛУГ> Ц1ИН k-14 1:0 JliJMU Я QF.Tf-1 l"l и IM ЧВРГ .MLMiJi &2K«T4
■If.lli:?
«кия
ц =
Ькйго
:iH k li. ji.\ J.L
77) r
Ed H ГЯ ! STiii-
ilfmi
lirafiii.
Hil.L '
Ел. 3)
I
I
Таблица 2
2 г, мм и 1 : к, см2/(Не) к", Дж/ см2
4 0,20 0,19 5,60
8 0,49 0,27 3,29
14 0,98 0,36 2,20
20 1,64 0,37 1,91
26 2,54 0,37 2,10
32 3,24 0,32 2,40
40 4,24 0,31 2,64 Таблица 3
п, мин-1 и К , см2/(Н-с) к", Дж/ см2
400 0,30 0,22 4,06
800 0,60- 0,29 2,89
1200 1,07 0,35 2,19
1600 2,84 0,38 1,91
2000 2,20 0,37 1,91
2400 2,84 0,36 2,00
2800 3.85 0,35 2,00
Характер полученных закономерностей качественно идентичен для различных объектов резания с отличающимися показателями выдержки. Результаты по таким характеристикам, как К и К разнятся только своей величиной и в основном определяются жесткостью обрабатываемого полуфабриката.
Статистическую обработку полученных данных проводили по стандартным методикам [3]. При измерении усилий резания и подачи максимальное значение коэффициента вариации не превышало ± 3,75%.
Как показывают результаты проведенных экспа-риментов, кинематические режимы рабочего процесса резальных машин рамного типа существенно влияют на его силовые и энергетические характеристики.
При увеличении числа двойных ходрв ножевой рамы удельная режущая способность К возрастает в 1,5~ 1,7 раза в зависимости от жесткости объекта резания. Это увеличение носит нелинейный характер: после заметного роста при увеличении п до 1600 мин-1 величина К в дальнейшем стабилизируется. Чем дольше выдержка Т полуфабриката, тем меньше значение К .
По сравнению с К изменение удельной работы резания К имеет прямо противоположный характер, уменьшаясь примерно в 2 раза при возрастании п. Изменение Т от 4 до 48 ,н вызывает увеличение К , более заметное в начальном диапазоне варьирования п. Увеличение частоты п особенно сказывается на значении коэффициента трения при резании / , который в рассмотренном диапазоне изменения п возрастает на порядок — с величины 0,3 до 3,85 при Т 4 ч. Наиболее
интенсивный рост f соответствует диапазону 400<п<\Ш0 мин,,1.
Зависимость К = f (2 г) имеет ярко выраженный минимум при величине хода ножевой рамы 20 мм. Дальнейший рост 2 г приводит к незначительному увеличению удельной работы (табл. 2). Зависимость К = / (2 г) по характеру аналогична рассмотренной функции К = / (2' п), т. е. величина удельной режущей способности однозначно определяется скоростью резания Uv
Резкое снижение К при увеличении хода от 4 до 8 мм, по всей вероятности, связано с проявлением эффекта скользящего резания в связи с превышением касательного перемещения ножа над деформацией разрезаемого образца. Из табл. 3 видно, что увеличение коэффициента / по мере возрастания 2 г имеет больший темп по сравнению с зависимостью /р = / (я). Между параметрами f и К имеет место обратная зависимость: низкие значения коэффициента трения при резании / соответствую^,большим значениям удельной работы резания К и наоборот. Причина этого заключается в том, что более эффективная работа режущей кромки, характеризующаяся большими значениями / , соответствует уменьшению расхода энергии на деформирование материала.
При минимальном ходе ножевой рамы 2 г 4 мм коэффициент трения при резании имеет одинаковое значение для разного по степени черствости хлеба — 0,2. Это, вероятно, связано с тем, что в данном режиме ход пластинчатого ножа не превышает деформации материала в касательном направлении и в рабочем процессе резальной машины преобладает рубящее и наклонное резание.
Необходимо также отметит^,, что для более жесткого материала величина К примерно в 3 раза меньше.
Как видно из данных табл. 1, увеличение скоро сти подачи в рассмотренном диапазоне вызывает уменьшение коэффициента трения при резании / и удельной работы резания К , а такл^е увеличение удельной режущей способности К. Большие значения удельной работы резания соответствуют обработке более жесткого материала.
Как известно, в ряде машин рамного типа подача полуфабриката осуществляется только за счет сил трения в подающих и прижимных механизмах, что может при определенных условиях приводить к проскальзыванию полуфабриката, проявляющемуся в снижении величины U2. Такая подача названа мягкой, ,в отличие от подачи полуфабриката с помощью упоров, являющейся жесткой (U2 = = const). Достоинства мягкой подачи заключаются в автоматическом повышении коэффициента скольжения при возрастании сопротивления резанию и в сохранении высокого качества среза.
С учетом этого в конструкции установки была предусмотрена возможность проведения серии опытов в режиме R2 = const, U2 = var. Сравнение экспериментальных данных показывает, что режим R2 = const имеет на порядок ниже режущую способность по сравнению с режимом U4 = const при прочих равных условиях. Мягкая подача при увеличении п и 2 г приводит к почти монотонному возрастанию скорости подачи для всех значений R2. Для зависимости U2 = / in) при R2 15 - 20 Н темп увеличения скорости подачи заметно выше, чем в случаях малых усилий подачи. В зоне п > 1600 мин”1 рост скорости U2 замедляется. Увели-
чение хода ножевой рамы 2 г вызывает прямо пропорциональное возрастание и2.
Отмеченное в данном случае при возрастании /?2 и кинематических режимов кцк положительный фактор увеличение параметра К уравновешивается заметным увеличением энергозатрат на резание. Например, для резания сухарных плит сорта Сливочные с продолжительностью выдержки Г 24 ч при /?2 20 Н, 2 г 4 мм, п 1600 мин” удельная режущая способность составляет 3,8-10 см2/(Н-с), ,а при 2 г 32 мм и прочих равных условиях Кп = 14,5-Ю”3 см2/(Н-с). В то же время параметр К , как показывают расчеты, увеличивается в 3,1 раза. Качественно аналогичные результаты получены и для других объектов резания — ржаного хлеба и бисквитного полуфабриката с различными продолжительностями выдержки Т.
ВЫВОДЫ
1. Введены критерии оценки процесса скользящего резания пищевых полуфабрикатов: удельная режущая способность, удельная работа резания, коэффициент трения при резании.
2. Использование указанных критериев для анализа режимов резания машин рамного типа показывает, что увеличение хода ножевой рамы благоприятно сказывается на возрастании удельной режущей способности и снижении удельной работы резания. С другой стороны, повышение частоты двойных ходов рамы способствует более эффективной работе лезвий режущего инструмента и уменьшает потери на трение и деформирование разрезаемого материала.
ЛИТЕРАТУРА
1. Даурский А.Н., Мачихин Ю.А., Хамитов Р.И. Обработка пищевых продуктов резанием. — М.: Пищевая пром-сть, 1994. — 216 с.
2. Хромеенков В.М. Современное оборудование для резания продуктов и полуфабрикатов хлебопекарного и макаронного производства. — М.: ЦНИИТЭИ ВНПО ’’Зерно-продукты”, 1991. — 48 с.
3. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. — М.: Паука, 1977. — 831 с.
Кафедра технологического оборудования пищевых предприятий
Поступила 10.05.2000 г.
ГО
ОС
да
зо
те
оп
ус
ле
д
ге
(с
Н'
о
ра
ло
й
..... 637.146.2:547.455.632:543.257.1
ЭКСПРЕСС-МЕТОД ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ФРУКТОЗЫ В КИСЛОМОЛОЧНЫХ НАПИТКАХ С ТОПИНАМБУРОМ
О.П. ВОЛКОВА, О.Е. РУВИНСКИЙ,
Т.В. ФРАМПОЛЬСКАЯ
Кубанский государственный технологический университет
Определение содержания сахаров в пищевых продуктах, в том числе и молочных, осуществляют в основном классическими методами. Их главный недостаток — длительность, а также трудоемкость и многооперационность. В ходе анализа зачастую используется широкий набор дорогостоящих реактивов, причем реакции проходят в условиях нагревания и кипячения испытуемых растворов.
Применение электрохимических методов анализа для определения как индивидуальных сахаров, так и их смеси целесообразно с точки зрения повышения чувствительности, экспрессное™ и возможности автоматизации указанных методов контроля [1-5]. Новое и весьма перспективное направление в потенциометрии сахаров основано на применении в аналитических целях реакции комплексообразования моносахаридов с боратны-ми ионами в водных растворах тетрабората натрия [6-8].
Смешение раствора Na2B407 с раствором, содержащим фруктозу, приводит, как это имеет место и в случае других полиолов, к снижению величины pH исходного боратного буфера рНп и, соответственно, к увеличению параметра АрН = рН0 - pH [9]. При этом можно отметить следующее. На зависимостях АрН - Cs при постоянной концентрации тетрабората натрия (Ст/6 = const), как правило, имеется участок практически прямо пропорционального увеличения АрН с ростом концентрации фруктозы в испытуемом растворе. Чем выше концентрация реагента (Na2B407), тем больше про-
тяженность этого линеиного участка на зависимости АрН - С3 [6-8]. Для более низких значений Ст/6 (0,00125 моль/дм3) потенциометрические сигналы от действия индивидуальных моносахаридов существенно отличаются. Рассчитанные ранее значения констант скорости образования глюкозо- и фруктозо-боратных комплексов не зависят от Сг/6, а зависят только от природы моносахарида.
Согласно этому методу, измеряемый разностный рН-метрический сигнал АрН прямо пропорционален содержанию редуцирующих сахаров Сх (г/100 см3) и описывается градуировочными выражениями типа
Сх = 12,0-АрН,, (1)
Сх = 0,606'ДрН2, (2)
соответственно для инвертного сахара и фруктозы. Численные коэффициенты определяются концентрацией №2В407 и соотношением количеств сахара и реагента. Уравнения (1) и (2) в отношении численных значений коэффициентов пропорциональности прежде всего применимы для определения содержания сахаров вин и виноматериалов [9].
Рабочий диапазон концентрации сахара для количественного определения моносахаридов потенциометрическим методом в соках, виноматериалах и винах предусматривает 4-16 г/100 см, что значительно превышает содержание сахаров в молочно-овощных продуктах. В нашем случае молочные продукты комбинированы растительной составляющей в количестве 30% от массы готового продукта, при этом количество рецептурной закладки фруктозы (например, в случае сока топинамбура) составляет 0,37%. Кроме того, градуировочная зависимость в известном способе не учиты-
nF
об
пр
щ
мс
Тс
г/
нь
Фг
Цй
BBI
