CC BY
51
УДК 332.1:628.345.9:664
A.С. Горелов, канд. техн. наук, доц., 4872) 33-25-38, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
B.Б. Морозов, канд. техн. наук, доц., 4872) 33-25-38, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
П.В. Сапронов, бакалавр, магистрант, (4872) 33-25-38, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
СТРУКТУРИРОВАНИЕ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ОТБОРА И ПОДГОТОВКИ ПРОБ ПРОДУКЦИИ И СЫРЬЯ ПИЩЕВОЙ И ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Построена структура технологической системы пробоотбора в пищевой и перерабатывающей промышленности. Выявлена внутренняя модель системы. Проведён анализ технологического оборудования системы, представлена современная разработка.
Ключевые слова: пищевая и перерабатывающая промышленность, структура, система, отбор проб, современной технологическое оборудование.
Одним из основных показателей конкурентоспособности продукции пищевой и перерабатывающей промышленности является её качество. Оно влияет не только на достижение экономических выгод производителя и государства, но и касается самого важного - жизни и здоровья человека, его нормальной жизнедеятельности в условиях реальностей современного мира и общества. В связи с этим очень важно организовать строгий контроль качества на предприятиях-изготовителях.
Современные подходы к решению такой задачи очень многочисленны. С одной стороны, важное значение имеет методология подходов к контролю качества продукции, с другой стороны - нельзя не учитывать серьёзную роль технического, инструментального оснащения. В современных, рыночных отношениях важным выступает экономическая составляющая. Безусловно, актуальным выступает и необходимость соответствующей информационной поддержки.
С точки зрения системного подхода [9], все эти составляющие должны быть учтены в общем вопросе контроля параметров качества вырабатываемой продукции, с включением элементов оперативного, автоматизированного управления на основе обратных и прямых технологических и информационных связей.
Однако в рассмотрении вышеописанных вопросов уделяется не достаточно внимания такому процессу в контроле качества нештучной (непрерывной по массе, длине, объёму) пищевой продукции как пробоотбор. При этом ориентир устанавливается на частное применение высокоэффективных, достоверных в своей оценке средств инструментального оснащения. В этом есть однозначная правота, но ограниченная территорией лабо-
345
ратории. При этом сами устройства анализа проб (устройства технохими-ческого контроля) не имеют общей структурной оценки.
В структуре системы отбора и подготовки проб (СОПП) выделены основные функциональные устройства:
- отбора проб;
- накопления проб;
- перемешивания проб;
- деления (сокращения) проб;
- транспортно-загрузочные.
Для каждой совокупности устройств предусмотрен четвертый иерархический уровень, содержащий элементы в составе устройств.
Внутренняя модель структуры СОПП представлена на рис. 1.
Процедуры, методики, схемы
Материал
Адекватность процедур, методик, схем
СОПП
Устройства отбора мгновенных проб
Устройства накопления объединённых проб
Устройства перемешивания объединённых проб
Устройства деления объединённых проб до лабораторных проб
Устройства накопления лабораторных проб
Устройства перемешивания лабораторных проб
Устройства деления лабораторных проб до исследуемых порций
Устройства накопения резервных лабораторных проб
Устройства накопаления резервных исследуемых порций
Проба(ы)
Информация о качестве продукции,пробы (репреїентативности)
Рис. 1. Внутренняя модель системы отбора и подготовки проб
Предложенная внутренняя модель СОПП отражает специфику устройств, предназначенных для выполнения как отдельных операций, так и нескольких операций одновременно. Также возможно функционирование одного и того же оборудования по назначению для разных этапов подготовки проб.
На всех четырех уровнях структуры СОПП возможно последовательное, параллельное и смешанное (последовательно-параллельное) агрегатирование элементов, позволяющее создавать новые структурно-
компоновочные схемы СОПП и функциональных устройств системы в соответствии с задачами автоматизации процесса отбора и подготовки проб.
Критерии выбора новых технических решений могут быть сформулированы на основе анализа особенностей процесса отбора и подготовки проб, реализуемого в интегрированной системе автоматизированного статистического контроля качества нештучной продукции [1, 2, 3].
В результате проведенного анализа особенностей процесса отбора и подготовки проб для технической системы автоматизированного статистического контроля качества нештучной продукции определены основные требования к конструкциям функциональных устройств СОПП [5]:
1. Обеспечение репрезентативности получаемых проб.
2. Техническая поддержка современных планов и процедур статистического приёмочного контроля качества продукции.
К примеру, применение многоступенчатых процедур требует дополнительного оснащения СОПП устройствами получения последовательных мгновенных проб ^ объединённых проб ^ лабораторных проб ^ испытываемых порций. Процедуры непрерывного контроля качества, базирующиеся на планах, созданных для штучной продукции, требуют технического решения вопроса дискретизации (дифференциации) сплошного потока в некоторые накопительные единицы объёмов в рамках системы манипуляций потоком.
3. Высокая производительность процесса отбора и подготовки проб, которая может обеспечиваться выбором рациональных схем агрегатирования функциональных устройств в СОПП.
4. Общетехнические требования: надёжность, простота конструкции и эксплуатации устройств, малая материалоёмкость, низкие энергозатраты и стоимость, эргономичность, дизайн и т.п.
5. Универсальность или специализированность конструкций.
Возможность применения СОПП для нескольких видов нештучной
продукции является в целом положительным фактором, поскольку позволяет расширить область применения созданных технических решений в различных отраслях промышленности. Вместе с тем, в отдельных случаях более эффективным может быть создание специализированных или даже специальных конструкций, что обусловлено видом выпускаемого продукта, особенностями технологического процесса и применяемыми режимами обработки или видом технологического оборудования, используемого в данном конкретном производстве.
Технические решения подразделяются на два основных класса, определённых в патентно-лицензионной документации:
- устройства пробоотбора для жидких материалов, к которым можно отнести непосредственно жидкости, суспензии, эмульсии, пульпы и т.п.;
- устройства отбора и подготовки проб сыпучих (твёрдых в раз-
дробленном состоянии) материалов, к которым относятся зерно, уголь, порошки, грануляры и т.п.
Как известно, устройства, осуществляющие пробоотбор, обеспечивают получение малого количества контролируемого материала, по которому аналитик (работник исследующей лаборатории) может сделать окончательную оценку значений параметров качества. Вследствие этого рассмотрены основные функциональные и конструктивные механизмы, обеспечивающие выполнение требований к устройствам пробоотбора [3].
1. Захватная способность.
Непосредственное замыкание (отсечение) от основной массы контролируемого объекта некоторой порции (порций) должно обеспечить представленность в конечной пробе всех составляющих «слоёв» материала. Это обеспечивается охватом всего продукта стационарными и/или перемещающимися пробоотборниками. В их роли могут выступать такие конструктивные элементы, как отсекатель, канал, ковш, захват, ёмкость, щель, шнек и т.д. Иным вариантом выступает способ концентрации отбираемого материала у пробоотводных или пробозаборных элементов конструкции посредством использования «торпед», конфузоров, сужающихся щелей, гидросопротивлений и т.п., представленных в приложении.
В известных конструкциях захватная способность осуществляется такими элементами, как центральный патрубок, конический пробоотборный патрубок, многовходной отборник, маятниковые механизмы для сыпучих материалов, а также путём использования тангенциального расположения отверстий.
2. Варьируемость величины объёма пробы.
Изменение величины объёма отбираемого нештучного материала, вызванного особенностями работы исследующей лаборатории, необходимо предусмотреть в работе устройств пробоотбора и сокращения проб.
В изобретениях варьируемость может быть реализована управляемыми командоаппаратами и задатчиками, использованием регулируемых щелевых винтов, разностью давлений жидкости и варьируемыми геометрическими параметрами конструктивных элементов.
3. Обеспечение связи между интенсивностью потока нештучной продукции через пробоотборное оборудование с параметрами его функционирования.
Для реального технологического процесса характерны колебания количества выпускаемой продукции как в целом в производстве, так и на конкретном технологическом этапе. Если поток жидкости через трубопровод изменяется, то это может вызвать либо сбой оборудования - техногенное обстоятельство, либо потребность в изменении количества отбираемого материала лабораторией - организационное обстоятельство. Рядом имеющихся устройств подобная ситуация предусмотрена (учитывается).
Примерами конструктивных элементов и функциональных особен-
ностей, реализующих рассматриваемый механизм пробоотбора, являются поршневые камеры, крыльчатки, изменение угла наклона (геометрии) отборного лотка относительно потока сыпучего материала, использование реактивной частоты вращения поточных патрубков относительно сокращающих отверстий.
4. Разделение, совмещение и перенаправление потоков нештучного материала.
Для улучшения параметров работы, внедрения операции сокращения, а также объединения контролируемого материала используют перенаправление и перераспределение потоков. В этом же варианте рассматривается и операция перемешивания. В устройствах сокращения проб, в силу малости объёма исходного для такого процесса материала, применяется перемешивание при помощи, например, шнеков, мешалок, циклонов, групп лотков и т.д.
Осуществляется это направление в известных конструкциях поворотными щелями, каналами, головками, гидросопративлениями, тройниками, смесительными камерами и т.д.
5. Упрощение эксплуатационных свойств и общетехнических характеристик оборудования.
К ним можно отнести общую несложность конструкций, отсутствие сложных подвижных элементов, простое поворотное замыкание материала.
Такие же механизмы характерны для устройств перемешивания и деления, с той лишь разницей, что они предусмотрены на следующих этапах подготовки проб.
Рассмотренные выше требования и являются критериями выбора рациональных структурно-компоновочных и технических решений СОПП, её функциональных устройств и элементов.
Технические решения подразделяются на два основных класса, определённых в патентно-лицензионной документации:
- устройства пробоотбора для жидких материалов, к которым можно отнести непосредственно жидкости, суспензии, эмульсии, пульпы и т.п.;
- устройства отбора и подготовки проб сыпучих (твёрдых в раздробленном состоянии) материалов, к которым относятся зерно, уголь, порошки, грануляры и т.п.
Как известно, устройства, осуществляющие пробоотбор, обеспечивают получение малого количества контролируемого материала, по которому аналитик (работник исследующей лаборатории) может сделать окончательную оценку значений параметров качества. Вследствие этого рассмотрены основные функциональные и конструктивные механизмы, обеспечивающие выполнение требований к устройствам пробоотбора.
1. Захватная способность.
Непосредственное замыкание (отсечение) от основной массы кон-
тролируемого объекта некоторой порции (порций) должно обеспечить представленность в конечной пробе всех составляющих «слоёв» материала. Это обеспечивается охватом всего продукта стационарными и/или перемещающимися пробоотборниками. В их роли могут выступать такие конструктивные элементы, как отсекатель, канал, ковш, захват, ёмкость, щель, шнек и т.д. Иным вариантом выступает способ концентрации отбираемого материала у пробоотводных или пробозаборных элементов конструкции посредством использования «торпед», конфузоров, сужающихся щелей, гидросопротивлений и т.п., представленных в приложении.
В известных конструкциях захватная способность осуществляется такими элементами, как центральный патрубок, конический пробоотборный патрубок, многовходной отборник, маятниковые механизмы для сыпучих материалов, а также путём использования тангенциального расположения отверстий и т.д.
2. Варьируемость величины объёма пробы.
Изменение величины объёма отбираемого нештучного материала, вызванного особенностями работы исследующей лаборатории, необходимо предусмотреть в работе устройств пробоотбора и сокращения проб.
В изобретениях варьируемость может быть реализована управляемыми командоаппаратами и задатчиками, использованием регулируемых щелевых винтов, разностью давлений жидкости и варьируемыми геометрическими параметрами конструктивных элементов.
3. Обеспечение связи между интенсивностью потока нештучной продукции через пробоотборное оборудование с параметрами его функционирования.
Для реального технологического процесса характерны колебания количества выпускаемой продукции как в целом в производстве, так и на конкретном технологическом этапе. Если поток жидкости через трубопровод изменяется, то это может вызвать либо сбой оборудования - техногенное обстоятельство, либо потребность в изменении количества отбираемого материала лабораторией - организационное обстоятельство. Рядом имеющихся устройств подобная ситуация предусмотрена (учитывается).
Примерами конструктивных элементов и функциональных особенностей, реализующих рассматриваемый механизм пробоотбора, являются поршневые камеры, крыльчатки, изменение угла наклона (геометрии) отборного лотка относительно потока сыпучего материала, использование реактивной частоты вращения поточных патрубков относительно сокращающих отверстий.
4. Разделение, совмещение и перенаправление потоков нештучного материала.
Для улучшения параметров работы, внедрения операции сокращения, а также объединения контролируемого материала используют перенаправление и перераспределение потоков. В этом же варианте рассматрива-
ется и операция перемешивания. В устройствах сокращения проб, в силу малости объёма исходного для такого процесса материала, применяется перемешивание при помощи, например, шнеков, мешалок, циклонов, групп лотков и т.д.
Осуществляется это направление в известных конструкциях поворотными щелями, каналами, головками, гидросопративлениями, тройниками, смесительными камерами и т.д.
5. Упрощение эксплуатационных свойств и общетехнических характеристик оборудования.
К ним можно отнести общую несложность конструкций, отсутствие сложных подвижных элементов, простое поворотное замыкание материала и т. п.
Такие же механизмы характерны для устройств перемешивания и деления, с той лишь разницей, что они предусмотрены на следующих этапах подготовки проб [7, 8].
Для всего многообразия устройств отбора и подготовки проб построена классификация, представленная на рис. 2.
Рис. 2. Общая классификация устройств СОПП ИС АСК качества нештучной продукции пищевой и перерабатывающей
промышленности
351
Она представляет собой отраслевую классификацию. При её составлении, как и при составлении большинства классификаций фактического материала, использовался индуктивный подход, т.е. после изучения имеющихся приборов выделялись основные классификационные признаки.
1. По типу контролируемого объекта устройства поделены на используемые для отбора проб жидкостей, твёрдых сыпучих материалов и многокомпонентных объектов.
2. Признак агрегатирования учитывает число возможных операций, осуществляемых устройством.
3. По базированию в зависимости от движимости, пробоотборник либо стационарный, когда движим поток материала, либо - вносной, когда движимо само устройство.
4. По уровню автоматизации в управлении устройства СОПП бывают ручными, полуавтоматическими и автоматическими.
5. По непрерывности потока контролируемого материала - для штучной (измеряемой штуками) и для нештучной (непрерывной по массе, объёму, длине) продукции.
6. Способ отбора пробы отражает механизм захвата устройством части контролируемого материала и может быть нагружным или погружаемым. Здесь возможны как прямо так и обратно пропорциональная зависимость с классификационным признаком «по базированию».
7. По функциональным параметрам выделяются устройства с различной или комбинированной производительностью и числом приводов функционирования [4].
Устройства пробоотбора сыпучих сред призваны выполнять основные требования, предъявляемые в целом к конструкциям пробоотбора. Принципиальным функциональным отличием, выражающимся и в конструктивных особенностях, являются менее жёсткое условие замыкания, более часто встречающаяся работа с открытым транспортным потоком, большая конструктивная сложность в отношении подвижных элементов. Конкретные особенности устройств представлено ниже.
Устройство для отбора проб сыпучего материала представлено на рис. 3.
Сыпучий материал на транспортёре 10 попадает на пороговое устройство 11, где свободно падает. Установленный на основание 6 вал 4 с втулкой 3 вращается посредством привода 5. При этом через телескопические пластины 2, закреплённые на втулке 3, вращение передаётся сменным пробоотборникам 1. Периодически пробоотборники 1 проходят через поток падающего материала, который таким образом скапливается в засыпной полости 13.
Далее пробоотборник поворачивается на 1800 и поднимается. Материал из полости 13 через полость 15 высыпается на лоток 7. При этом часть материала через отверстия 14 попадает в полость сброса16, что обес-
печивает сокращение пробы. После этого пробоотборник возвращается обратно и опускается.
а
Рис. 3. Устройство для отбора проб сыпучего материала:
1 - пробоотборники, 2 - телескопические пластины, 3 - втулка,
4 - вал,5 - привод, 6 - основание, 7 - приёмный наклонный лоток,
8, 9 - отсекательные щиты, 10 - конвейер, 11 - пороговое устройство, 12 - скребок-щётка, 13 - засыпная полость, 14 - соединительные отверстия, 15 - полость отвода пробы, 16 - полость сброса; а - схема расположения лотков
Сменой пробоотборников 1 на подобные иного объёма засыпной полости 13, изменением длины телескопических пластин 2 и частоты вращения привода 5 возможно обеспечить варьирование объёма отбираемой пробы.
На рис. 3. а. представлена схема расположения наклонных лотков относительно конвейера в направлении против транспортного потока.
Охват всей толщи сыпучего материала, сокращение проб позволяет достичь их высокой репрезентативности. При этом дополнительным достоинством выступает широкая возможность варьирования объёма отбираемого материала [6].
Список литературы
1. Автоматизация статистического контроля качества пищевой продукции в массовых производствах / А.С. Горелов [и др.]; под ред. В.В. Прейса. Тула : Изд-во ТулГУ, 2009. 120 с.
2. Автоматизация статистического контроля качества пищевой продукции в массовых производствах / А.С. Горелов [и др.]; под ред.
B.В. Прейса. 2-е изд. перераб. и доп. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 140 с.
3. Горелов А.С. Прейс В.В., Сосков В.Б. Системы отбора и подготовки проб для автоматизированного статистического контроля качества нештучной продукции / под ред. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. 104 с.
4. Морозов В.Б. Комплексная безопасность в пищевых и перерабатывающих производствах: учеб. пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. 108 с.
5. Морозов В.Б. Технологические системы подготовки и переработки сырья свёклосахарных производств: учеб. пособие; рукопись. Тула : Изд-во ТулГУ, 2010. 96 с.
6. Пат. 2263890 Российская Федерация, МПК 7 G 01 N 1/20. Устройство для отбора проб сыпучих материалов / Сосков В.Б., Горелов А.С., Прейс В.В.; заявитель и патентообладатель Тул. гос. ун-т. № 2004114051; заявл. 06.05.04; опубл. 10.11.05, Бюл. № 31. 4 с.
7. Сосков В.Б. Представительность процесса пробоотбора нештучной продукции // «Автоматизация и современные технологии». 2005. № 7.
C. 36-37.
8. Сосков В.Б. Факторы, влияющие на репрезентативность проб нештучной продукции // Автоматизация: проблемы, идеи, решения: материалы Международной научно-технической конференции. 14-15 октября. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. С. 49-52.
9. Технохимический контроль и анализ параметров качества продукции и сырья пищевой и перерабатывающей промышленности: лабораторный практикум / автор-составитель: В.Б. Сосков. Ч. I. Тула: Изд-во
ТулГУ, 2008. 48 с.
A.S. Gorelov, V.B. Morozov, P.V. Sapronov
THE STRUCTURE OF TECHNOLOGICAL SYSTEM SAMPLING IN FOOD AND PROCESS INDUSTRY IS CONSTRUCTED
The internal model of system is revealed. The analysis of the process equipment of system is carried out, modern working out is presented.
Key words: food and process industry, structure, system, sampling, modern the process equipment.
Получено 20.01.12
УДК 621.9:664
Е.Н. Нестерова, асп., (4872) 33-24-38,
еппеsteroуа@гатЬler.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
РАЗРАБОТКА РЕГУЛИРОВОЧНОЙ ПЛАСТИНЫ ДЛЯ КУТТЕРНЫХ НОЖЕЙ
Анализируются известные методы регулировки зазора между кромкой ножа куттера и чашей куттера с помощью зубчатого, т.е. дискретного крепления. Предложено решение введения регулировочной пластины для повышения точности регулировки положения ножей в ножевых головках куттеров.
Ключевые слова: куттерный нож, куттерование, мясное сырье, точность регулировки.
Одной из главных операций при производстве колбасных изделий является процесс куттерования - процесс тонкого измельчения мясного сырья размерами кусков до 1 мм. Качество готового продукта зависти от многочисленных факторов, но в большей степени от качества измельчения фарша в куттере [3].
Причиной снижения качества продукта может быть:
- неправильно конфигурация и плохое качество заточки ножей;
- недостаточная прочность их крепления в ножевой головке;
- искажение первичной формы ножей в результате износа и периодической заточки;
- увеличение зазора между ножами и чашей;
- неточная балансировка ножей [4].
Существует оптимальная длительность куттерования, при которой все показатели фарша (предельное напряжение сдвига, липкость, вязкость и др.) достигают экстремальных значений.
Резкое возрастание длительности процесса куттерования связано с увеличением зазора между чашей и ножом куттера из-за износа или пере-
355
