CC BY
11
УДК 637.56.002.5
ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБЪЕМНОГО ДОЗИРОВАНИЯ С ТАРИРОВКОЙ ПОДПРЕССОВКИ
Ю.В. Поспелов, \С.А. Зонощ (Дальрыбвтуз, г. Владивосток)
Выявлены особенности процесса объемного дозирования с тарировкой подпрессовки кусочков рыбы в емкость с дальнейшей передачей порции в банки. Даны математические зависимости процесса с целью качественного его выполнения.
Peculiarities of a process of volume dosage with submersed pieced of dressed fish billing into cans were determined. Mathematics dependencies of the process are given to perform it well.
Объемный способ дозирования наиболее распространен в рыбообрабатывающей промышленности. По сравнению со штучным дозированием сырья в тару (машины РУС-2, ИРА-201, 202 и др.) этот способ более прогрессивен, так как наполнение тары по ее объему дает возможность получить выход доз с заданной массой в пределах 70-80%. Эти цифры приводятся при использовании в производственных условиях машин типа ИНА (около 70%) и шестишпиндельной для набивки в банку кусков рыб с твердой консистенцией мяса (80% и более). Упомянутая техника, наполняя дозирующие емкости, одновременно уплотняет продукт (ИНА - с использованием вибраций, шестишпиндельная - путем сжатия емкости с содержимым). В качестве критерия для оценки степени уплотнения кусков рыбы в шестишпиндельном автомате применяется коэффициент уплотнения:
= F' (1)
У 2
где V1 - объем дозатора, заполненного кусками рыбы;
V2 - объем дозатора после сжатия кусков рыбы сегментами;
КУ - коэффициент уплотнения (КУ = 1,2-1,4).
Попытки применить шестишпиндельный автомат для набивки тары мясом скумбрии и других «нежных рыб» не имели успеха, так как мясо раздавливалось до нетоварного состояния.
При создании разделочно-укладочных агрегатов для средних рыб и круглых банок (типа ИРА-201, 202) желательно производить дозирование по объему с тарировкой подпрессовки. На рис. 1 дана общая компоновка узлов подобной машины. Согласно рисунку после первичной разделки рыбы на тушку и порционирования на операционном транспортере 1 кусочки рыбы, не теряя ориентации, за счет планки 2 переходят в устройство 3 для сведения их в один поток. При перемещении их скребками кусочки поочередно подводятся к узлам доработки 4, с помощью которых удаляются остатки внутренностей и производится их мойка. Далее поочередно кусочки переходят в рыбовод с прессовым ползуном 5. По рыбоводу 6 кусочки перемещаются прессовым ползуном в полость дозатора 7 барабана 8 (на периферии барабана расположено несколько дозаторов). Возвратно-поступательное движение ползун получает от кривошипно-кулисного механизма 9, в штоковой системе которого смонтировано тарирующее устройство 10 для фиксирования степени сжатия кусочков в дозаторе и буферной части рыбовода, а также для передачи сигнала исполнительным механизмам отвести (развернуть) наполненную емкость дозатора и подать свободную посредством разворота барабана. Плотной укладке кусочков в дозаторе и получению постоянной плотности в формируемых порциях способствует формующий механизм с дисками (на рис. 1 не показан). Для отделения подпрессованной части потока кусочков в буферной зоне рыбовода от порции в дозаторе на границе стыковки дозатора с рыбоводом устанавливается дисковый нож 11.
Рис. 1. Общая компоновка узлов в разделочно-укладочной машине
При расчете подобных дозаторов необходимо подобрать скорость рабочих органов транспортирующих устройств, выявить время последовательной передача кусочков, определить производительность машины, найти условия, способствующие качественному выполнению процесса дозирования.
Производительность узла сведения кусочков в один поток должна соответствовать производительности операционного транспортера, подающего кусочки. Для этого скорость скребкового транспортера узла сведения должна быть кратной скорости операционного транспортера. Кратность определяется количеством кусочков, получаемых из одной тушки. Зависимость между скоростями соответствующих транспортеров выражается следующим образом:
С* =
V
сп.
V
(2)
где С* - количество кусочков, получаемых из одной тушки;
Vсm - скорость скребкового транспортера;
Vоп - скорость операционного транспортера.
Скорость операционного транспортера рассчитывается с учетом времени перехода кусочка из гнезда кассеты в пространство между скребками при их совмещенном движении. Время перехода определяется по формуле:
Тп =
(3)
где тп - время перехода кусочка из колодки операционного транспортера в пространство между скребками;
Н - высота перехода (падения), принимаемая равной двойной высоте поперечного сечения рыбы;
£ - ускорение силы тяжести.
Время, в течение которого гнездо кассеты находится над пространством между скребками, куда может перейти кусочек, должно отвечать условию:
(4)
где тс - время совмещенного перемещения кассеты и пространства между скребками.
При выборе режима работы прессового ползуна необходимо учитывать время перехода
кусочков от узла сведения (скребкового транспортера) в полость рыбовода. В это время заслонка рыбовода должна быть открытой, а время перехода определяется по зависимости (3). Необходимо выполнить условие:
Т0 ^Тп , (5)
где т0 - время, в течение которого открыто окно для перехода кусочков в рыбовод;
тп - время перехода (падения) кусочка из межскребкового пространства до основания рыбовода.
В качестве исполнительного механизма для привода прессового ползуна удобно использовать кривошипно-кулисный механизм. Длина загрузочного окна рыбовода зависит от количества кусочков в партии, подаваемых на каждый ход ползуна, т. е. от количества скребков с сырьем над рыбоводом. Отсюда
10 = п ■ t , (6)
0 п ст ’ V /
где 10 - длина окна загрузки;
пп - количество кусочков в партии, подаваемых за один ход ползуна;
tст - шаг между скребками.
Для увеличения времени выстоя ползуна в исходном положении длину хода ползуна принимают больше длины окна в 1,5-2,0 раза, что дает возможность увеличить время открытого окна для перехода кусочков. Количество кусочков, подаваемых на один ход ползуна, зависит от размерного состава обрабатываемой рыбы и объема буферного пространства в рыбоводе. Объем буферного пространства примерно равен половине объема дозатора, а подаваемые за ход ползуна кусочки должны занимать 0,5-0,6 пространства рыбовода. Такие соотношения объемов рекомендованы исследователями, работающими в области создания разделочно-укладочных агрегатов с использованием тарировочных устройств для контроля подпрессовки, в частности С.А. Зоновым.
Производительность такой техники зависит от следующих факторов: количества кусочков, подаваемых за один ход ползуна, массы кусочков, частоты возвратно-поступательных движений ползуна. При проектировании исполнительного механизма желательно учесть возможность изменения частоты ходов ползуна в единицу времени в зависимости от количества подаваемых кусочков, получаемых при обработке рыб различного вида. Учитывая сказанное, производительность машины будет изменяться в определенных пределах. Так, при испытании опытного образца подобной машины на сайре С.А. Зонов достигал производительности 60 и более банок в минуту. При этом за один ход ползуна подавалось по четыре кусочка, а частота его возвратно-поступательного движения равнялась 165 колебаниям в минуту.
Теоретическая производительность рассчитывается исходя из формулы:
п -Ж
б = п-----, (7)
п
£
где пп - количество кусочков, подаваемых за один ход ползуна;
пв - среднее количество кусочков в дозаторе (банке);
Ж - частота возвратно-поступательных движений ползуна.
Для выявления условий качественного проведения процесса дозирования сырья в тару необходимо хорошо понимать его сущность. Условно процесс формирования порции (дозы) можно разделить на три этапа: вначале происходит заполнение дозатора, затем - уплотнение кусочков с помощью формующего механизма и в заключение - подпрессовка массы кусочков усилиями, фиксируемыми тарирующим устройством.
На первом этапе заполнение дозатора происходит за счет уменьшения пустот и пор при перемещении кусочков в границах дозатора. На втором этапе уплотнение порции наряду с уменьшением пустот между кусочками происходит за счет уменьшения пустот внутри кусочков, образуемых брюшной полостью и некоторой деформацией мяса рыбы. На заключительном этапе уплотнение связано главным образом с деформацией мышечной ткани кусочков. Усилие подпрессовки на третьем этапе возрастает по сравнению с предыдущими этапами.
Если рассмотреть эпюру распределения плотности укладки в объеме дозатора в момент разворота дозатора с барабаном (конец третьего этапа), то она по конфигурации повторит характер
изменения остаточных упругих сил в кусочках, действующих на наружные точки стенки дозатора. На рис. 2 отчетливо видно, что зафиксированный осциллографом момент изменения упругих сил интересен тем, что в зоне I силы минимальные по сравнению с зонами II, III и IV. Вполне логично, что в буферной зоне (ближе к ползуну) упругие силы являются максимальными.
Рис. 2. Эпюра распределения плотности укладки кусочков в объеме дозатора
Плотность укладки кусочков в дозаторе после подпрессовки выражается следующим образом:
Рп =
т
п
V ’
Я
(8)
где тп - масса (весовая) сформированной порции (дозы);
УЯ - объем дозатора.
Плотность укладки мяса рыбы в дозаторе и рыбоводе в момент, когда они заполнены, но сжатия кусочков не осуществляется, выражается так:
Рп =
т
V + V
Я б.з.
(9)
где тН - масса (весовая) кусочков в дозаторе и буферной зоне до сжатия;
Убз. - объем буферной зоны в рыбоводе.
Степень уплотнения кусочков в дозаторе (и в конечном итоге в таре) характеризуют два коэффициента :
р =
Рн
К =р
р Рп
(10)
(11)
где ф - коэффициент уплотнения;
Кр - коэффициент разрыхленности;
р0 - плотность кусочка до сжатия.
Для средних рыб (сайра, сельдь иваси) коэффициент уплотнения находится в пределах ф = 1,05-1,3, а коэффициент разрыхленности Кр = 1,1-1,3. В таблице приводятся средние значения плотности некоторых промысловых рыб (данные А.З. Уманцева). Однако надо понимать, что плотность кусочков мяса рыб может несколько отличаться от табличных значений.
Плотность рыб р0, кг/м3
Мойва Салака Сардина Сардинелла Сельдь атлантическая Скумбрия Ставрида
1,06 • 103 1,08 • 103 1,07 • 103 1,05 • 103 1,05 • 103 1,12 • 103 1,08 • 103
В формируемых порциях (дозах) желательно иметь плотность рп примерно равной плотности кусочков мяса рыбы. Это является одним из условий, выполнение которого обеспечивает незначительные колебания массы формируемой дозы. Следовательно, отношение плотностей можно выразить следующим образом:
р « 1. (12)
Р
Давление ползуна на кусочки рыбы при подпрессовке выражается зависимостью:
о =—, (13)
сж О «к
где ¥п - усилие подпрессовки, фиксируемое тарирующим устройством;
«к - площадь контактирования ползуна с кусочками.
Допустимые удельные давления, по данным А.З. Уманцева, для кильки, мойвы, салаки, сардины, сардинеллы, скумбрии, ставриды находятся в диапазоне от /асж/ = 32 • 103 Н/м2 (салака) до /асж/ = 128 • 103 Н/м2. Очевидно, что главным условием при проектировании узла ползуна с тарировочным устройством для набивки кусочков определенных видов рыб является
/о />о . (14)
сж сж V '
Исходя из условия, что допустимое значение давления ползуна на кусочки больше давления в созданной машине, подбирается усилие подпрессовки.
Литература
1. Коржов В.Н. Фасовочное оборудование рыбоконсервного производства. - М.: Пищ. пром-сть, 1980. - 240 с.
2. Уманцев А.З. Физико-механические характеристики рыб. - М.: Пищ. пром-сть, 1980. -151 с.
