Машина для резания очищенной мякоти плодов бахчевых культур и качественные показатели ее работы

В статье рассмотрены конструкция и процесс работы машины для резания очищенной мякоти плодов бахчевых культур при переработке на цукаты, а также результаты многофакторных исследований по оптимизации её работы.

The article describes the design and process of the machine for cutting fruit pulp treated melons during processing on candied fruit, and the results of multivariate research on the optimization of its work.

Перспективным источником растительного сырья при производстве различных пищевых продуктов являются бахчевые культуры. Продукцию бахчеводства используют в натуральном и переработанном виде. Так, например, из плодов тыквы получают цукаты, которые в дальнейшем используют в кондитерской промышленности. При этом нарезка сырья на кусочки при приготовлении цукатов выполняется, как правило, вручную или частично механизирована. Использование известных в перерабатывающей промышленности машин для механизации этого процесса затруднено по разным причинам[1, 2]. На основе проведенного анализа различных способов и машин, применяемых для резки овощного сырья, мы пришли к выводу, что наиболее оптимально процесс резания мякоти реализуется вращающимся барабаном, у которого ножи выполнены в виде решетки. Исходя из этого, нами была разработана конструкция соответствующей машины [3], которая работает следующим образом. Предварительно очищенные от семян и коры, разрезанные по длине под средний размер куски 12 мякоти плодов бахчевых культур из бункера по питающему транспортеру 2 и лотку 4 поступают в пространство между вращающимися опорным вальцом 5 и режущим барабаном 6, принудительно подаются упорными планками 3 и захватываются опорным вальцом 5 и режущим барабаном 6. Опорный валец 5 прижимает кусок 12 к ножевой решетке режущего барабана 6, которая разрезает его на кусочки 11 заданной геометрической формы и размеров.

Рисунок 1 – Машина для резания очищенной мякоти плодов бахчевых культур:

1 – рама, 2 – питающий транспортер, 3 – упорные планки,

4 – лоток, 5 – опорный валец, 6 – режущий барабан, 7 – игольчатый валец, 8 – иглы, 9 – желоб, 10 – транспортер для отвода кусочков,

11 – кусочки, 12 – куски мякоти.

Кусочки 11 перемещаются вместе с ножевой решеткой режущего барабана 6 в направлении игольчатого вальца 7, который выталкивает иглами 8 кусочки 11 на поверхность желоба 9. Перемещаясь по поверхности желоба 9, кусочки 11 попадают на транспортер 10 для отвода кусочков продукта и удаляются из машины.

Таким образом, происходит качественное резание очищенной мякоти плодов бахчевых культур на кусочки заданной геометрической формы и размеров. Частотные преобразования позволяют настроить машину для резания мякоти плодов различных бахчевых культур.

Машина может использоваться в перерабатывающей промышленности и консервном производстве для резки очищенной мякоти плодов бахчевых культур, в частности твердокорых удлинённых плодов, в т.ч. тыквы, дыни, арбуза и кабачка, в первую очередь при изготовлении цукатов.

Для управления процессом резания очищенной мякоти плодов бахчевых культур и его корректировки необходимо знание оптимальных значений параметров, влияющих на качество работы машины.

На основании теоретических исследований и результатов предварительных опытов было выявлено, что на работу машины для резания влияют следующие факторы: скорость резания х 1 , угол заточки ножей х₂, толщина режущей кромки х₃ и угол подачи куска х 4 [4]. Критерием оптимизации для оценки качества процесса резания очищенной мякоти плодов бахчевых культур является качество резания. Интервалы варьирования факторов определялись по литературным источникам, результатам предварительных опытов, теоретических и экспериментальных исследований.

Многофакторные исследования проводили в лаборатории Волгоградского ГАУ, для чего была изготовлена машина для резания очищенной мякоти плодов бахчевых культур, соответствующая условиям проведения исследований.

Сортами плодов бахчевых культур, используемых для проведения исследования, являлись: тыква Волжская серая - 92, арбуз Дисхим и дыня Быковская-735. Плоды, использованные в исследовании, соответствовали общим требованиям к качеству плодов бахчевых культур при переработке на пищевые цели.

В соответствии с принятой методикой, для исследования области оптимума был реализован план Рехтшафнера для 4-х факторного эксперимента, по результатам которого рассчитаны коэффициенты регрессии и получены уравнения:

для мякоти арбуза Дисхим:

YД = 91,75 + 8,5x1 - 8,89х2 - 5,45х3 - 1,95х4 --0,01x1x2 + 0,02x1x3 - 0,05x1 х4 - 0,05х2х3 --0,05х2 х4 - 0,02х3 х4 - 6,11%2 - 7,61 xf - 2,96xf - 4,64х|  (1)

для мякоти тыквы Волжская серая-92:

ҮВС-92 =92,2+5,1%! - 5,63%₂ - 1,73 x₃ + 2,86%₄ + +0,008 *1*2 + 0,11*1*3 + 0,13X_tX₄ - 0,002*2*3 --0,008 x₂x₄ + 0,11X₃X₄ - 4,82 Xl -6,1 ^X2 - 0,97 xj - 2,07%4  (2)

для мякоти дыни Быковская-735:

Ү Б -735 =94,9-2,0 ^X1 +3,5 ^X2 -4,0 ^X3 + 8,39%4 --0,02%1X₂ + 0,02%1X₃ + 0,025 х_гх₄ + 0,012 ^X2^X3 --0,015X₂X₄ + 0,11X₃X₄-5,0 ^X1 - 8,75 ^X2 -2,5 ^X3 - 5,99 X4 (3) Адекватность полученных математических моделей проверялась по критерию Фишера.

Получено, что при исследовании неравномерности распределения качества резания мякоти арбуза Дисхим F = 0,58, мякоти тыквы Волжская серая-92 F=0,5873, мякоти дыни Быковска-735 F=0,7686. Во всех случаях F0.05>F (здесь F0.05=2,1646 – табличное значение критерия Фишера при уровне значимости 5%). Таким образом, математические модели адекватны результатам эксперимента. С помощью программы были определены оптимальные значения факторов.

Анализ результатов исследования показал, что для того, чтобы качество резания очищенной мякоти арбуза Дисхим было максимальным, могут быть рекомендованы следующие интервалы значения факторов: х₁=0,2…0,24 м/с; х₂=21…23⁰; х₃ = 60…100 мкм и х 4 = 39…45⁰. При этом качество резания очищенной мякоти составит 99%. Для того, чтобы качество резания очищенной мякоти тыквы Волжская серая-92 было максимальным, могут быть рекомендованы следующие интервалы значения факторов: х 1 = 0,18…0,22 м/с; х 2 =21…23⁰; х 3 = 50…65 мкм и х 4 = 52…59⁰. При этом качество резания очищенной мякоти составит 91%. Для того, чтобы качество резания очищенной мякоти дыни Быковска-735 было максимальным, могут быть рекомендованы следующие интервалы значения факторов: х₁=0,11…0,15 м/с; х₂=25…27⁰; х₃ = 50…70 мкм и х₄ = 53…60⁰. При этом качество резания очищенной мякоти составит 92%.

На качество резания очищенной мякоти плодов бахчевых культур наиболее сильно влияет угол заточки ножей барабана. Вторым по значимости фактором для мякоти тыквы и арбуза является скорость резания, а для мякоти дыни – угол подачи куска. Различие объясняется бóльшим радиусом кривизны плода дыни, по сравнению с арбузом и тыквой. Наименьшее влияние на качество резания оказывает толщина режущей кромки, но рекомендуется применять самые меньшие ее значения. Рекомендуемая скорость резания мякоти дыни несколько меньше по сравнению с м якотью 130

арбуза и тыквы. Это является следствием более низких прочностных свойств мякоти дыни.