Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Совершенствование технологического оборудования для первичной обработки рыбы опыт, проблематика, системный подход. Монография.pdf
X
- •Введение
- •1.1 Использование сырьевых ресурсов в рыбной промышленности
- •1.2 Свойства рыбного сырья
- •3.1 Классификация технических средств первичной обработки рыбы
- •3.2 Рыборазделочное оборудование
- •3.3 Оборудование для филетирования рыбы
- •3.4 Оборудование для обесшкуривания и доработки филе
- •3.6 Весоконтрольное и весосортировочное оборудование
- •3.5 Оборудование для порционирования рыбы и филе
- •3.7 Оценка перспективности отечественного оборудования для первичной обработки рыбы
- •4.1 Системный подход к совершенствованию технологического оборудования для первичной обработки рыбы
- •4.2 Отраслевая унификация и типизация оборудования для первичной обработки рыбы
- •4.4 Проектирование оборудования для первичной обработки рыбы на основе мехатроники
- •4.5 Модульный принцип построения мехатронного оборудования для первичной обработки рыбы
- •4.7 Повышение гибкости технологического оборудования для первичной обработки рыбы на основе мехатроники
- •Заключение
- •Литература
- •Оглавление

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
О. В. Агеев, Ю. А. Фатыхов
Совершенствование технологического оборудования
для первичной обработки рыбы:
опыт, проблематика, системный подход
Калининград
Издательство ФГБОУ ВПО «КГТУ»
2015

УДК 664.951.022
Рецензенты:
Эрлихман В. Н., д-р техн. наук, профессор кафедры «Пищевые и холодильные
машины» ФГБОУ ВПО «КГТУ»;
Антипов С. Т., д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Машины и аппараты
пищевых производств» ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет
инженерных технологий.
Агеев, О. В. Совершенствование технологического оборудования для
первичной обработки рыбы: опыт, проблематика, системный подход: моногр./
О. В. Агеев, Ю. А. Фатыхов. – Калининград: Изд-во ФГБОУ ВПО «КГТУ», 2015. –
261 с.
ISBN 978-5-94826-432-5
Монография посвящена проблеме разработки современного оборудования для
первичной обработки рыбы в виде мехатронного комплекса, построенного по модульному принципу и обладающего структурной гибкостью. Рассмотрено сырьевое
обеспечение технологических процессов первичной обработки рыбы. Проведен анализ существующих отечественных и зарубежных машин для первичной обработки
рыбы, обобщены их основные недостатки. Оценена перспективность отечественного
оборудования с точки зрения использования апробированных конструкций в будущих
разработках. Исследуются принципы повышения эффективности технологического
оборудования для первичной обработки рыбы. Особое внимание уделено необходимости стандартизации и унификации узлов и механизмов. Изложены научные принципы построения мехатронного комплекса на основе методов и средств мехатроники
и оптоэлектроники. Для решения сложной межотраслевой и междисциплинарной
проблемы создания мехатронного комплекса в работе сформулированы основные
научные задачи.
Монография предназначена для научных работников и инженеровконструкторов проектных организаций рыбной отрасли, а также для преподавателей,
студентов и аспирантов технических вузов.
Ил. 1, список литературы – 515 наименований.
Печатается по решению Ученого совета ФГБОУ ВПО «КАЛИНИНГРАДСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
УДК 664.951.022
ISBN 978-5-94826-432-5
© Федеральное государственное
бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"Калининградский государственный
технический университет", 2015.
2

ВВЕДЕНИЕ
Современный рыбохозяйственный комплекс России – это сложившаяся в
XX веке чрезвычайно сложная система со своими законами развития, а совре-
менное рыбоперерабатывающее машиностроение имеет существенное значение
в масштабе рыбного хозяйства страны.
Структурная перестройка рыбной отрасли во многом замедлила развитие
рыбоперерабатывающего оборудования, вследствие чего существующая техника не всегда удовлетворяет требованиям современных производств. Это обусловлено тем, что машинная обработка рыбы оказывает значительное влияние
на качество готовой рыбной продукции. Со временем стали заметнее такие недостатки ранее разработанных изделий, как расточительность в расходовании
материальных, энергетических и трудовых ресурсов, отрицательное влияние на
экологию окружающей среды, отсутствие гибкости и неприспособленность к
изменяющимся требованиям потребителей. И чем дальше по инерции развивается отечественная рыбопереработка, тем сильнее проявляются негативные
стороны такой техники.
В связи с этим, проблема совершенствования оборудования для первичной обработки рыбы, повышения его эффективности – приобретает первостепенное значение. На современном этапе наблюдается разрозненное решение
отдельных задач этой сложной и комплексной проблемы. Это повышение производительности труда, качества продукции, снижение материалоёмкости машин, внедрение ресурсосберегающих систем управления.
Такой подход в решении проблемы не может существенно изменить существующее положение дел в создании технологического оборудования для
первичной обработки рыбы. Необходим, во-первых, системный подход в решении проблемы. Во-вторых, она должна решаться комплексно, с использованием
достижений различных технических наук: механики, электроники, электротехники, автоматики, информатики.
Решающий вклад в совершенствование рыбоперерабатывающего обору-
3

дования вносит мехатроника – активно развивающаяся в последние десятилетия область науки. Мехатроника исследует синергетическое объединение механических устройств с электронными, электротехническими и вычислительными компонентами с целью проектирования и производства качественно новых
модулей, систем, машин и комплексов машин с интеллектуальным управлением их функциональными движениями. Кроме того, при построении новой техники должен применяться модульный принцип, нашедший широкое применение в других отраслях промышленности.
С учётом этого предлагается разрабатывать современное оборудование
для первичной обработки рыбы в виде мехатронного комплекса, построенного
по модульному принципу и обладающего структурной гибкостью.
В первой главе рассмотрено сырьевое обеспечение технологических процессов первичной обработки рыбы. Проанализированы пути рационального использования рыбных ресурсов, основные физико-механические свойства сырья
и их влияние на структуру рыбоперерабатывающей техники.
Во второй главе исследованы современные машинные методы первичной
обработки рыбы, а также обобщены основные проблемы, возникающие при выполнении различных технологических операций.
В третьей главе проведен анализ существующих отечественных и зарубежных машин для первичной обработки рыбы, выявлены их основные недостатки. Оценена перспективность отечественного оборудования с точки зрения
использования апробированных конструкций в будущих разработках.
В четвертой главе исследуются принципы повышения эффективности
технологического оборудования для первичной обработки рыбы. Особое внимание уделено необходимости стандартизации и унификации узлов и механизмов. Рассматриваются перспективы разработки мехатронного комплекса на основе методов и средств мехатроники и оптоэлектроники, с использованием модульного и роторно-конвейерного принципов построения.
4

ГЛАВА 1. СЫРЬЕВОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ РЫБЫ
1.1 Использование сырьевых ресурсов в рыбной промышленности
Рыбная промышленность имеет большое значение для экономики и продовольственной безопасности России. За счёт рыбных продуктов обеспечивается значительная часть потребности населения в белках животного происхождения, которые являются жизненно важными компонентами здорового питания.
Рыба является источником легкоусвояемых жиров, витаминов и минеральных
элементов, а потребление рыбной продукции по рекомендации Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) должно составлять не менее 24 кг на человека в год [1, 155, 171, 203, 205, 209, 385, 389]. В связи с этим требуется обеспечение ассортимента, качества и доступности рыбных товаров.
Анализу современного состояния и тенденций развития отечественного
рыболовства посвящены работы [123, 273-282, 306-309]. Состав и характеристики сырьевой базы рыбной промышленности подробно рассмотрены в работах [154, 167, 176, 222, 237, 262, 273-282, 312, 362, 363, 395, 405]. Современная
материально-техническая база рыбохозяйственного комплекса России исследована в работах [10, 15, 80, 91, 135, 162, 165, 174, 176, 306-309, 311, 322, 345,
399].
Основная часть общего вылова рыбы нашей страны приходится на океаническое рыболовство – 93 %. Вследствие снижения промысловой активности
рыболовного флота более 70 % вылова рыбы приходится на собственную экономическую зону России [306-309].
Более 90 % сырьевой базы рыбной промышленности составляют собственно рыбы, остальная часть приходится на промысловых беспозвоночных и
водоросли. Несмотря на то, что основными источниками сырья традиционно
являлись морские и пресноводные естественные водоёмы, в последние годы
существенно возрос и продолжает расти объём производства на предприятиях
5

аквакультуры и марикультуры [23, 56, 97, 154, 26 3, 286, 332, 34 4, 363].
Самыми массовыми рыбами в отечественном рыболовстве являются минтай, сельдь, треска, путассу, мойва, сардина иваси, скумбрия, ставрида, сайра, а
также лососевые породы (лосось, форель, кета, сёмга, омуль). В существенно
меньшем количестве добываются осетровые породы, хотя они обладают
наибольшей пищевой и вкусовой ценностью. Невысокий уровень имеет добыча
анчоуса, горбуши, кеты, нерки, тунца. Доля пресноводных рыб в общем улове
остается незначительной. Продукцией товарного рыбоводства являются лососевые, карповые, осетровые и сиговые породы рыб.
В Калининградской области основными промысловыми видами рыб являются сельдь балтийская (салака), треска, камбала, лещ, судак, килька. Все эти
рыбы различаются по многим признакам, а также по виду обработки и сезонности лова. Некоторые виды мелких рыб традиционно не подвергаются разделыванию: плотва, густера, красноперка, корюшка и другие. Однако значительная
часть промысловых рыб разделывается самыми разнообразными способами,
что предполагает наличие современных перерабатывающих мощностей.
Как правило, значительная часть как разделанной, так и неразделанной
рыбы замораживается, благодаря чему продукция сохраняется и реализуется в
любое время года. Относительно малая часть рыбного сырья используется для
производства кулинарной продукции. Многие промысловые виды рыб перерабатываются на консервы.
Необходимо подчеркнуть, что в настоящее время объём потребления
населением России рыбных товаров сохраняется на недостаточном уровне. Это
связано с нестабильным развитием рыбной промышленности. Сокращение и
неполная загрузка рыбоперерабатывающих мощностей приводит к снижению
доли продукции глубокой переработки: рыбного филе, ломтиков филе и пищевого фарша. Как показывает анализ работ [205, 306-309, 385], объём снабжения
населения качественной рыбной продукцией находится в прямой зависимости
от уровня развития технологических мощностей по переработке и предпродажной подготовке рыбы.
6

Причинами, подрывающими спрос и конкурентоспособность отечествен-
ных рыбных товаров, являются недостаточное качество готовой продукции и
значительный удельный вес практически необработанного сырья в торговле. В
связи с этим, по данным исследований [306-309] структура рыбной продукции в
розничной торговле имеет следующий вид: 20 % – неразделанная рыба,
20% – разделанная рыба, 15 % – рыбное филе, 20 % – полуфабрикаты и готовая
рыбопродукция, 20 % – консервы и пресервы; 5 % – прочая рыбопродукция.
Известно, что разделанная продукция более привлекательна для потребителя и
имеет большую ценность по сравнению с неразделанной рыбой. Для предприятий первичная обработка рыбы и её реализация в разделанном виде являются
более предпочтительными. Одновременно следует учитывать, что на большинстве береговых предприятий наиболее целесообразным является глубокое разделывание рыбы на порционированное филе с использованием безотходных
технологий. Во-первых, отходы становятся дополнительным сырьем для рыбомучного производства, которое в настоящее время практически не загружено.
Во-вторых, на всех этапах холодильной цепи получается значительная экономия как энергозатрат, так и холодильных емкостей при замораживании филе.
В-третьих, потребителю доставляется готовый продукт высокой пищевой ценности.
Следует отметить важность рационального использования различных ча-
стей тела и органов рыбы. Частями рыбы, предназначенными для различных
методов обработки, в соответствии с работами [9, 16, 33, 41, 55, 58, 252, 390]
считаются: мясо туловища (тушка); ястыки и молоки; голова; кости и плавники;
шкура; чешуя; плавательный пузырь; печень; пищеварительные органы (внутренности). В работах [16, 17, 314, 315, 317] рекомендуется следующая схема
безотходного использования частей рыбы: мясо туловища, икра, молоки – производство пищевых продуктов; голова – биологические добавки, суповые наборы, белковые гидролизаты, жир, кормовая мука, кормовой фарш; кости и плавники – биологические добавки, кормовая мука, кормовой фарш; шкура – клеевое и кожевенное сырьё; чешуя – производство жемчужного пата, приготовле-
7

ния клея; плавательный пузырь – технический клей; печень – пищевые продукты, витаминные препараты, кормовые концентраты; пищеварительные органы –
белковые гидролизаты, жир, ферментные препараты, кормовая мука.
Имеющиеся данные показывают, что при утилизации всего комплекса
веществ, содержащихся в рыбном сырье, существенно увеличивается выпуск
пищевых и кормовых продуктов, расширяется их ассортимент, повышается
рентабельность рыбоперерабатывающих предприятий, создаются условия для
оснащения их современным технологическим оборудованием, стимулируется
развитие рыбохозяйственной науки [59, 362, 390]. Комплексная переработка
рыбного сырья позволяет использовать значительное количество гидробионтов,
не находящих применения в народном хозяйстве, например, рыб пониженной
товарной ценности. В последние годы в ряде стран, а также в России, уделяется
значительное внимание производству из малоценного сырья белковых концентратов, гидролизатов и изолятов белка, используемых для непосредственного
пищевого потребления и для обогащения других пищевых продуктов [210, 389].
1.2 Свойства рыбного сырья
Исследованию различных свойств рыбного сырья посвящена обширная
научная литература. Пищевая ценность рыбы, её физические и химические
свойства подробно рассмотрены в работах [155, 171, 203, 205, 209, 385, 389]. В
работах [13, 26, 27, 66, 167, 204, 207, 237, 264, 314, 315, 358, 400] исследованы
основные физические свойства рыбного сырья, значимые с точки зрения разработки технических средств для первичной обработки рыбы. Основой для изучения указанных свойств служат проведённые ранее экспериментальные исследования и результаты, систематизированные в справочной литературе [365].
Опыт показывает, что поступающее на обработку сырье даже одной партии неоднородно по своим физико-механическим свойствам. Качество отдельных экземпляров рыб из одной партии зависит от их возраста, размеров, массы,
продолжительности хранения до обработки. Наиболее важными с точки зрения
8

первичной обработки являются физико-механические и морфометрические характеристики рыбного сырья. Эти характеристики являются определяющими
при проектировании оборудования для переработки рыбы и выполнении связанных с этим расчётов [92, 111, 146, 147, 245, 300-305, 326, 327].
Для рыбы, как объекта первичной обработки, наиболее важными физикомеханическими характеристиками являются прочностные, фрикционные, реологические и линейные свойства. В первую очередь это – упругость, вязкость,
пластичность, удельные силы резания. Указанные свойства различны не только
для разных видов рыб, но и для разных частей тела рыбы, что необходимо учитывать при расчётах режимов первичной обработки рыбы.
Фрикционные свойства рыбы характеризуются коэффициентом трения
рыбы о поверхность, влияющим на мощности резания и подачи рыбы. Деформация представляет собой смещение частиц в теле рыбы, при котором не нарушается целостность самого тела. Изучение процессов деформации тела рыбы
необходимо для расчёта усилий резания и отрывания внутренностей при разделывании [326].
Исследования показывают, что при первичной обработке рыбы важным
её свойством является удельное усилие резания. Кроме того, при объёмном и
весовом порционировании, а также при укладке рыбы в тару существенное значение имеют такие её физико-механические характеристики как плотность и
объёмная масса [398].
Вопросами теории резания рыбного сырья занимались В.В. Дорменко,
В.И. Карпов, С.Г. Гуревич, Н.И. Жилин, А.А. Романов, С.В. Крутов,
В.М. Томилин, И.З. Уманцев, М.А. Якубов, В.М. Боркунов, Д. Дуткевич,
А. Довгялло. Наряду с этим, вопросами резания пищевых продуктов занимались А.Н. Даурский, С.А. Мачихин, Ю.А. Мачихин, А.И. Пелеев,
В.Г. Проселков и ряд других исследователей. Анализ и обобщение современных методик по расчёту усилий резания рыбного сырья выполнены в авторской
работе [499].
Основными морфометрическими характеристиками рыбного сырья яв-
9

ляются форма тела и размеры тела рыбы, исследованию которых посвящена работа [365]. Среди промысловых видов наиболее распространены рыбы с веретенообразной (торпедовидной) формой тела. Поскольку эта характеристика рыбы имеет определяющее значение для механизации первичной обработки, подавляющее большинство технологического оборудования рассчитано на указанную форму тела.
Размеры тела рыбы – длина, ширина, высота, длина головы, хвоста имеют
существенное значение для выбора формы и размеров рабочих органов технологического оборудования. Тело рыбы состоит из трех основных частей: головы (часть тела рыбы от конца рыла до конца жаберных крышек), туловища
(часть тела рыбы от конца жаберных крышек до анального отверстия), хвостовая часть (часть тела рыбы от анального отверстия до конца хвостового плавника).
Широко используется понятие коэффициента овальности – отношение
площади поперечного сечения рыбы к площади круга, у которого диаметр равен наибольшему линейному размеру сечения тела [365].
Одним из важных морфометрических параметров является набор коэф-
фициентов подобия, выражающих пропорции между разными частями тела рыбы [365]. Для особей одного вида, а зачастую и для нескольких видов, эти коэффициенты одинаковы, что позволяет использовать это свойство в технологическом оборудовании для настройки рабочих органов. При этом возможно косвенно рассчитать зависимость между любыми линейными размерами рыбы.
Это необходимо для настройки рабочих органов для экономичного разделывания рыбы. Наилучшим для механизированной обработки сырьём являются
рыбы с близкими или равными по значениям размерными коэффициентами.
Анализ, выполненный в работах [60, 267, 352, 353, 365, 398], показывает,
что коэффициенты подобия основных промысловых видов рыб существенно
различаются, поэтому в технологическом оборудовании должна предусматриваться возможность автоматической настройки и переналадки рабочих органов.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
