1. Свойства объектов обработки

В процессах обработки рыбы и морепродуктов происходит взаимодействие между объектом и рабочими органами машины. Это взаимодействие обусловлено наличием различных сил, вызывающих напряжение и деформации в объекте обработки. Без знания их закономерностей невозможно выполнить теоретические расчеты, связанные с проектированием технологического оборудования. Задачей самого технологического оборудования является преобразование исходного сырья в конечный готовый продукт заданного качества, о котором можно судить по его приобретенным свойствам.

К основным физико–механическим характеристикам рыбного сырья относятся морфометрические, реологические, фрикционные, прочностные.

Морфометрические характеристики учитывают соотношения между длиной тела рыбы и другими параметрами, определяют форму тела, геометрические размеры отдельных частей. По форме рыбы могут быть веретеновидными ( тунцы, скумбриевые ), стреловидные (сайра, мойва ), плоскими ( лещ, камбаловые ) и змеевидными ( угорь, сабля ). Между различными линейными размерами рыбы одного вида существует определенные зависимости, которые играют важную роль при проектировании рыбообрабатывающего оборудования. Покажем основные линейные размеры рыбы на рис. 1.1.

Основные линейные размеры рыбы

Математические зависимости между линейными размерами рыбы, которые можно получить методом математической статистики путем обмера партии рыбы, служат основанием для проектирования универсальной техники, оборудования для сортирования, оборудования для нанизки рыбы на прутки перед копчением, рыборазделочного оборудования, особенно с автоматически настраивающимися рабочими органами.

Исследования показали, что можно рассчитывать корреляционную зависимость между линейными размерами и промысловой длиной для рыб всех видов. А.З. Уманцевым предложено вычислять безразмерные коэффициенты типа:

K₁=l₁/L , K₂=l₂/L , … , K_H=H/L , K_B=B/L ( 1.1 )

При близости этих коэффициентов можно говорить о подобии рыб, что позволяет использовать эти показатели в качестве базовых при проектировании универсальной техники.

Реология как наука о течении и деформации реальных тел изучает свойства существующих продуктов и разрабатывает методы расчета процессов течения их в рабочих органах машин. Реологические свойства рыбы характеризуются ее упругостью, вязкостью и пластичностью.

Под упругостью понимается свойство материала мгновенно изменять форму под действием приложенной силы, а после снятия напряжения восстанавливать первоначальную форму. Свойство упругости описывается законом Гука.

Для одноосного растяжения-сжатия напряжение равно, Па:

, (1.2)

где – модуль упругости I рода, Па;

– относительная деформация, отношение абсолютной деформации ∆ к толщине материала δ.

Для чистого сдвига касательные напряжение равны, Па:

, (1.3)

где - модель упругости 2 рода, Па;

- относительная деформация при сдвиге.

Под вязкостью понимается мера сопротивления течению жидкости, равная отношению напряжения сдвига к скорости сдвига, т.е. по уравнению Ньютона:

, (1.4)

где µ - коэффициент динамической вязкости, Па с;

ɤ - скорость сдвига, т.е. производная , .

Пластические свойства тела характеризуются пределом текучести, т.е. напряжением, при котором пластическая деформация практически отсутствует. Это означает, что тело не начнет двигаться до тех пор, пока напряжение сдвига τ не превысит предельное напряжение сдвига τ₀ , обусловленное силой трения, после чего оно может двигаться с любой скоростью (тело Сен-Вернана).

Ни одно из указанных свойств, практически не проявляется в чистом виде и большинство пищевых, в том числе и рыбных, продуктов можно отнести к реологическим телам. Совокупность указанных свойств, а также других физико-механических (плотность, пористость и т.д.) определяют консистенцию продукта, т.е. ее состояние, по которому можно косвенно судить о качестве продукта. Кроме органолептической оценки консистенции продукта (по ГОСТ органолептическими показателями являются внешний вид, вкус, цвет, запах) делаются попытки оценить качество квалиметрическими, т.е. инструментальными методами. К таким характеристикам можно отнести жесткость тела рыбы. По А.З. Умянцеву, она равна, Н/м:

, (1.5)

где - работа по сжатию тела, Н м;

- площадь сжимающих пластин, м кВ.

К таким характеристикам можно отнести также угол прогиба тела рыбы, число пенетрации, предельное напряжение сдвига и др. Трудность здесь заключается в том, что до сих пор не разработан такой количественный показатель, который определяется по единой методике на однотипной установке.

При конструировании технологического оборудования важно знать и такие прочностные характеристики рыбного сырья, как удельное сжатие, удельная работа разрушения, допустимое удельное давление, удельное усилие резания, усилие отрыва внутренностей и многое другое. Эти характеристики могут быть отнесены как к целому объекту, так и к отдельным его частям – мясу, костям, коже и т.д.

Фрикционные характеристики рыбы определяются коэффициентами трения в зависимости от материала контактирующей поверхности. Такими материалами, допускающими соприкосновение с пищевым продуктом, являются полимерные и резинотканевые материалы, нержавеющая сталь и др. различают четыре коэффициента трения, которые зависят от ориентации рыбы головой вперед или хвостом вперед: соответственно два коэффициента трения покоя и два коэффициента трения движения. На рис.1.2 в качестве примера показываем характер зависимости коэффициентов трения рыбы от скорости ее движения.

Зависимость коэффициентов трения рыбы от скорости ее движения

Рис.1.1

Коэффициенты трения покоя определяются как отношение силы трения F к силе нормального давления N , т.е. численные значения коэффициентов трения покоя равны тангенсу угла наклона поверхности, при котором рыба начинает движение: .

Разносторонние характеристики ни в коей мере не определяют все свойства объекта обработки: они приведены здесь как необходимые при дальнейшем изложении материала. На наш взгляд, целесообразно, как это делается в ряде учебных планах, изучение данного раздела в качестве отдельной дисциплины.

При изучении технологического оборудования отрасли, в зависимости от того, какие процессы реализуются в аппаратурных схемах, следует рассматривать и соответственные характеристики объектов обработки, не приведенные в данном разделе: теплофизические, электрофизические, оптические, акустические и др.

Литература

1. Маслова Г.В., Маслов А.М. Реология рыбы и рыбных продуктов. – М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1981. – 216 с.

2. Уманцев А.З. Физико-механические характеристики рыб. – М.: Пищ. пром-сть, 1980. – 152 с.

3. Структурно-механические характеристики пищевых продуктов /А.В.Горбатов, А.М.Маслов, Ю.А.Мачихин и др./ Под ред. А.В.Горбатова. – М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1982. – 296 с.

4. Теплофизические характеристики пищевых продуктов /В.В.Попов, Г.Е.Виленская, И.И.Багаутдинов и др./ Под ред. В.В.Попова и Г.Е.Виленской. – Калининград: КГТУ, 1995. – 84 с.