Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Абразивная обработка картофеля и овощей с дискретным энергоподводом. Монография
.pdf
при тепловой обработке происходит карамелизация сахара, покоричневение
продукта и ухудшение вкуса.
Тепловое воздействие на картофель при очистке немеханическими способами уменьшает С-витаминную активность продукта. Степень разрушения витамина С, также как и изменение углеводного комплекса определяется продолжительностью теплового воздействия. При щелочном и щелочно-паровом способах очистки происходит наибольшее разрушение витамина С, при огневом и
паровом – незначительное.
Потери веществ, не разрушающихся при повышении температуры, определяются их распределением в клубнях и количеством отходов.
Температурный режим очистки и ее продолжительность влияют на микрофлору картофеля и на степень изменения его структуры. Наименьшая микрообсемененность картофеля наблюдается при паровом способе его очистки (74).
При щелочно-паровом способе очистки в результате длительного теплового
воздействия (горячим раствором щелочи, острым паром) происходят довольно
глубокие структурные изменения в клубнях и увеличивается их микрообсемененность (74).
Основные недостатки немеханических способов очистки состоят, таким
образом, в следующем:
- громоздкость очистительных установок;
- изменение углеводного комплекса в сторону увеличения сахаров;
- невозможность переработки отходов на крахмал.
Кроме того, щелочной и щелочно-паровой способы имеют ряд и других
недостатков:
- дополнительный расход воды при отмывке клубней от щелочи;
- загрязнение щелочью сточных вод;
- большой расход каустической соды.
Механический способ очистки обеспечивает:
- возможность переработки отходов на крахмал;
31
- компактность картофелечисток и простоту их обслуживания, что осо-
бенно важно для предприятий общественного питания.
Сравнительный анализ различных технологических средств очистки картофеля свидетельствует о том, что машины, работающие на абразивном принципе действия в настоящее время широко распространены, успешно эксплуатируются в системе общественного питания и пищевой промышленности, но требуют дальнейшего совершенствования.
1.3. Тенденции совершенствования картофелеочистительной техники
Необходимость совершенствования оборудования обусловлена еще и тем,
что существующие машины для очистки картофеля и овощей не отвечают современному уровню технического прогресса. Они металлоемки, качество очищенного картофеля и овощей желает оставлять лучшего, производительность
машин находится на невысоком уровне, они недостаточно надежны.
Для решения этого круга вопросов весьма важно исследовать причины
снижения эффективности работы машин в процессе эксплуатации.
Важной составной частью этой задачи является изучение влияния технического состояния машин на качество их работы. Как свидетельствуют выполненные исследования и практика, существенным фактором снижения эффективности работы картофелеочистительных машин с абразивным принципом
действия, является износ абразивных элементов.
Большинство машин для очистки картофеля работает при повышенной
влажности, повышенном загрязнении и значительных колебаниях температуры.
В летний период это оборудование практически не используется. Возникает
проблема правильного хранения в межсезонный период. Качество изготовления
машин и приемочного контроля не всегда обеспечивают высокий класс точности сопряжений и достаточно высокую бездефектность. Техническое обслуживание в среднем ниже, чем в других отраслях.
32
Перечисленные факты обуславливают снижение номинального ресурса
большинства картфелеочистительных машин. Кроме того, существует большой
разброс показателей долговечности отдельных деталей и узлов, хотя расчет,
конструирование, изготовление и техническая эксплуатация должны обеспечить согласованность этих показателей. Особенно низок ресурс узлов машин в
условиях эксплуатации в абразивных средах, образующихся за счет остающихся на клубнях песка и почвы.
Неуклонное повышение технического уровня, улучшение качества технического обслуживания, качества и особенно надежности техники в пищевой
промышленности и общественном питании является одной из тенденций совершенствования картофелеочистительного оборудования.
Другой важной тенденцией совершенствования картофелеочистительной
техники является снижение отходов при ее эксплуатации. Стремление более
полного использования сырья для картофелеперерабатывающего оборудования
тем более актуально, поскольку картофель несет значительную естественную
убыль в процессе хранения. С этой целью применяются меры по предварительной калибровке картофеля, по поддержанию номинальных зазоров между отдельными частями машин, а также разрабатывается различная геометрия и параметры воздействия рабочего инструмента при очистке.
Не менее важной, чем две предыдущие, является тенденция по достижению повышенной производительности картофелеочистительных машин. Наряду с более эффективным использованием площадей и снижением издержек обращения на единицу произведенной продукции такое усовершенствование часто позволяет повысить ритмичность производства и сократить численность
персонала, занятого тяжелым неквалифицированным трудом.
Наиболее общими средствами по реализации указанных тенденций является максимальное снижение материало- и энергоемкости усовершенствованных машин, что позволяет упрощать их обслуживание и повышать ресурс. Для
достижения более полного использования сырья и повышения производитель-
33
ности, как правило, меняется геометрия и характер воздействия рабочего инструмента на картофель. Все чаще при изготовлении рабочих органов картофелеочистительных машин используются новые конструктивные материалы и современные технологии их переработки и обработки. Некоторое повышение
стоимости рабочих органов многократно окупается в этом случае за счет значительного повышения эксплуатационных характеристик машины и улучшения
качества очистки картофеля.
1.4. Постановка цели и задач исследований
Анализ работы предприятий, специализирующихся на переработке плодоовощной продукции свидетельствует о том, что значительная часть сырья
превращается в отходы на стадии очистки.
Так, например, для картофеля при очистке его на машинах с абразивными
рабочими органами, в зависимости от сезона, допускается отход сырья от 20 до
40%.
Коренная перестройка общественного питания с целью его индустриализации предполагает широкое использование на заготовочных предприятиях поточно-механизированных линий.
Такая реконструкция используемого оборудования предполагает одновременное существенное увеличение надежности машин, являющихся основным определяющим звеном в той или иной линии.
Для поточно-механизированных линий, перерабатывающих, в частности,
плодоовощное сырье и картофель, звеном, определяющим общую производительность, являются очистительные машины.
Абразивные очистительные органы на основе бакелитовых связок, широко применяемые в картофелечистках типа КНА и МОК, как показывает опыт,
имеют невысокие эксплуатационные показатели.
34
Это обусловлено спецификой работы абразивных материалов в процессе
контакта с очищаемым сырьем и практически нереализуемым самовосстановлением абразивных свойств рабочих поверхностей.
В само деле, традиционный механизм действия абразивных инструментов
основан на непрерывном разрушении зерен абразива или их выкрашивании и
образовании новых режущих кромок – самовосстановлении, при воздействии
на них высокопрочных обрабатывающих материалов. В этих условиях при
прочности бакелита 2,5 ГПа и прочности стали, например, 40 ГПа инструменты
обеспечивают необходимые качественные показатели и надежность процесса
обработки. Иной эффект реализуется при очистке картофеля. Имея прочность
9,2 Па, картофельная мякоть не в состоянии затачивать абразивы, постепенно
происходит забивка рабочих органов и снижение их эффективности. Эти обстоятельства приводят практических работников к вынужденной “рационализации” очистительных машин – снятию с них камнеловушек или загрузке немытых клубней. В таких условиях попадаемые с “грязным” картофелем частицы песка и мелкие камни восстанавливают абразивные свойства очистительных
валиков, но происходит их чрезмерно интенсивный износ.
Перспективы использования таких машин в условиях автоматизации и
механизации непосредственно связаны, таким образом, с совершенствованием
применяемых абразивных материалов.
Одним из направлений совершенствования рабочих органов очистительных машин является изготовление их методом гальванопластики на основе металлических связок.
В этом случае абразивные высокопрочные зерна закрепляют на специальной подложке путем гальванического осаждения тонкого слоя металла, и реализуется принцип многолезвийного инструмента. Для таких рабочих органов не
требуется самовосстановление рабочих поверхностей, так как это происходит в
бакелитовых абразивах. Очистительная способность их обеспечивается высокой прочностью применяемых абразивных зерен, надежным креплением их на
35
подложке и удалением мезги с рабочей поверхности поступающей сюда водой.
При модуле сдвига никеля 79 МПа, стали 8 МПа и картофеля 5 Па принципиальный механизм работы таких органов мало отличается при очистке картофеля от механизма в хорошо опробованных в технике процессов обработки металлов (80, 81).
Целью настоящей диссертационной работы является разработка и исследование новых рабочих органов картофелеочистительных машин обеспечивающих снижение отходов перерабатываемого сырья при одновременном увеличении производительности машин и упрощении их обслуживания, а также
увеличении ресурса.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ особенностей картофелеочистительных машин как
объекта ресурсосбережения.
2. Исследовать возможности совершенствования рабочих органов
картофелеочистительных машин с абразивным принципом действия.
3. Осуществить разработку рабочих органов картофелеочистительных
машин, обеспечивающих необходимые эксплуатационные требования.
4. Исследовать опыт использования предложенных рабочих органов
картофелеочистительных машин в производственных условиях и разра-
ботать рекомендации по их дальнейшему использованию.
36
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПРОЦЕССА И АППАРАТА ДЛЯ ОЧИСТКИ КАРТОФЕЛЯ И ОВОЩЕЙ
2.1. Теоретические предпосылки совершенствования абразивных рабочих
органов
Выполненный выше анализ состояния развития картофелеочистительного
оборудования свидетельствует о том, что значительная часть его использует в
качестве рабочих органов абразивные вкладыши, усовершенствование которых
является одним из наиболее эффективных методов улучшения его эксплуатационных характеристик.
Механический способ очистки, реализованный на рассматриваемом типе
машин, позволяет получать полуфабрикат с высокими потребительскими свойствами, создавать машины небольшой производительности, пригодные для использования на малых предприятиях пищевой промышленности. Все это свидетельствует о необходимости исследования возможностей совершенствования
абразивных рабочих органов картофелеочистительных машин.
С этой целью представляется целесообразным исследовать особенности
модельных представлений о работе машин периодического действия с абразивными рабочими органами.
К картофелеочистительным машинам периодического действия относятся
дисковые МОК-150,, МОК-300 и конусные МОК-250, МОК-350.
Принцип работы картофелечистки с конусным рабочим органом можно
рассмотреть на примере МОК-250. Машина состоит из рабочей камеры, загрузочного и приводного устройства, разгрузочного люка, пульта управления и
станины. Рабочая камера выполнена в виде пустотелого цилиндра, стенки которого покрыты съемными абразивными сегментами. Сверху рабочая камера закрыта крышкой с загрузочным отверстием, через которое неочищенные клубни
попадают внутрь. Рабочим органом служит абразивная коническая чаша с волнами, укрепленная на вертикальном валу.
37
Вал вращается в двух подшипниках, вращение передается от электродвигателя через понижающую клиноременную передачу. Для выгрузки очищенных
клубней в стенке камеры предусмотрено разгрузочное отверстие, закрываемое
откидной дверцей. Подача воды в рабочую камеру осуществляется через загрузочный лоток посредством ниппеля, к которому вода подается через гибкий резиновый шланг. Для слива воды и отходов предусмотрен сливной патрубок.
Электродвигатель установлен на вертикальной станине, он управляется с пульта посредством кнопок «Пуск» и «Стоп».
При включении электродвигателя вращение через клиноременную передачу передается рабочему валу, а от него – рабочему органу. Клубни, поступающие в рабочую камеру, попадают на горизонтальную часть конической чаши, увлекаются в движение рабочим органом и под действием центробежной
силы начинают перемещаются от центра. При этом между клубнем и абразивной поверхностью рабочего органа возникает сила трения, направленная в противоположную сторону от относительного движения. В результате этого клубень закручивается вокруг своей оси. Проскальзывает и кожица сдирается микрозубцами абразива. Одновременно клубни поворачиваются, перекатываются,
что обеспечивает касание различных участков поверхностей клубней и абразивной поверхности рабочего органа.
Далее из-за конусности рабочего органа клубни начинают подниматься
вверх под действием центробежной силы и вылетают по винтовой траектории
на вертикальные стенки рабочей камеры, покрытые абразивными вкладышами.
Ударившись об специально предусмотренный отбойник, клубни возвращаются
на горизонтальный участок чаши и процесс многократно повторяется.
Сдирание с клубней наружных покровов происходит в рабочих камерах
картофелечисток периодического действия острыми гранями абразивных зерен.
Клубень, попадая на абразивную поверхность, приводится по отношению к ней
в относительное движение. В момент соприкосновения с абразивной поверхностью клубень трется о нее, в результате чего между ними возникает сила тре-
38
ния, направленная в противоположную инерционной силе сторону. Одновременно микрозубцы абразива входят в тело клубня, при этом происходит сдирание с него наружных покровов и одновременное закручивание клубня. Величина закручивания, а также степень изменения скорости и направления движения
клубня в результате соприкосновения его с абразивной поверхностью в значительной мере зависят от взаиморасположения соседних клубней, формы клубня
и места соприкосновения поверхности клубня с абразивной поверхностью.
В месте соприкосновения клубня с абразивом происходит не только трение клубня, но и его разрушение – отделение частичек продукта от его основной массы. Поэтому термины, связанные с трением, при механическом способе
очистки следует понимать условно. Сдирание кожуры происходит при проскальзывании клубня по опорной поверхности вращающегося конического диска и при ударе с проскальзыванием по неподвижной абразивной стенке рабочей
камеры.
Рассмотрим классическую модель движения клубня в камере картофелеочистительной машины. Она предполагает следующие допущения: клубень
рассматривается как правильная сфера, перемещение которой происходит под
действием центробежной силы, силы трения и силы собственной тяжести клубня без учета влияния остальных клубней, находящихся в рабочей камере. Как
показывает многолетний опыт использования рассматриваемого оборудования,
подобная модель позволяет достаточно точно определить кинематику движения
клубня по рабочей камере, в том числе и рассчитать угол, под которым основная масса клубней будет попадать на вертикальные стенки цилиндра.
Движение клубня в камере можно разделить на несколько этапов:
1-2 Под действием центробежной силы клубень отбрасывается с плоской
части диска на коническую.
2-3 За счет составляющей центробежной силы клубень поднимается по
конической чаше и попадает на стенку рабочей камеры.
39
р
кр
l
к
р
рк
l
1
1 2 3 4 5
3-4-5 Под действием сил инерции клубень по спиральной траектории
поднимается вверх до отбойника.
5-6 Клубень ударяется об отбойник, теряет скорость и падает на плоскую
часть диска.
Рис 2.1 Примерное размещение клубня в рабочей камере
картофелеочистительной машины.
При попадании на плоскую часть абразивной чаши клубень начинает
вращаться с ней, но с меньшей скоростью. Между диском и клубнем наблюдается проскальзывание, которое можно учесть коэффициентом проскальзывания,
равным
,
где
- угловая скорость клубня картофеля;
- угловая скорость рабочего органа.
Тогда скорость продукта относительно днища будет равна
Коэффициент проскальзывания принимают минимально равным
0,2.
С учетом этого замечания рассмотрим условия движения клубня относительно рабочих органов.
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]