РОЗДІЛ 2
Визначення раціональних параметрів формуючого пристрою для виготовлення виробів
із тіста з начинкою
2.1. Описання загальної методики
Розглядання проблеми інтенсифікації і оптимізації більшості технологій харчових
виробництв неможливе без встановлення основних закономірностей масообмінних
процесів‚ що протікають у харчових матеріалів [92]. Для модельного описування
подібних процесів необхідно формулювати відповідні нелінійні
просторово-нестаціонарні крайові задачі математичної фізики. Однак, отримання
аналітичних рішень цих задач пов’язано зі значними математичними труднощами
[92].
У зв’язку з появою ЕОМ великої потужності з’явилася можливість ефективного
розрахунку нелінійних просторово-нестаціонарних крайових задач математичної
фізики та отримання відповідних кількісних характеристик, які відображають
поведінку об’єктів, що розглядаються, у різних технологічних процесах. При
цьому головним принципом проведення обчислювального експерименту є розгляд в
єдиному комплексі постановки задачі, методу її рішення та реалізації
розрахункового алгоритму у вигляді програмної системи. Цей принцип покладений в
основу визначення раціональних конструктивно- технологічних параметрів машин та
апаратів харчових виробництв, схема якої представлена на рис.2.1 [92].
У процесі виконання заключних операцій при виготовленні виробів із тіста з
начинкою необхідно забезпечувати безперервний процес формування тістової трубки
з начинкою. При формуванні джгута з начинкою подальшим розподіленням його на
готові вироби необхідно одержати вироби заданих розмірів. Відхилення від норм
значно впливають на якість готової продукції. На сьогодні більшість пристроїв,
що виконують цю операцію, сконструйовані на основі експериментальних досліджень
(або виробничого досвіду) процесу формування тістової трубки з начинкою. Щодо
аналітичних розрахунків, то їх
Рис.2.2.Схема визначення раціональних конструктивно технологічних параметрів
формуючого пристрою
не проводили через складність фізико-механічних процесів, що відбуваються при
цьому в самому продукті.
Таким чином, для визначення раціональних конструктивно-технологічних параметрів
формуючого пристрою пропонується теоретичне дослідження закономірностей процесу
формування двох компонентів сировини у суцільний джгут з необхідними
геометричними параметрами. Розроблено методику розв’язання цієї задачі, яка
схематично представлена на рис.2.2.
2.2. Розроблення розрахункової схеми процесу формування джгута з начинкою
Для виготовлення виробів з тіста з начинкою пропонується конструкція апарата,
який реалізує схему нагнітання двох компонентів харчової маси у формуючий
пристрій для створення джгута з начинкою. Схема формуючого вузла представлена
на рис.2.3. З рисунка видно, що процес створення джгута з начинкою та якісні
характеристики готового продукту у значній мірі визначаються
конструктивно–технологічними параметрами формуючого вузла.
Рис.2.3.Схема формуючого вузла
Для визначення раціональних геометричних параметрів формуючого пристрою
пропонується розглянути декілька варіантів, які відповідають різним
геометричним характеристикам (зміна кута конуса та діаметра матриці оболонки,
різне розташування матриці начинки відносно матриці оболонки) (рис.2.4).
Можливі варіанти співвідношень між цими параметрами визначають кінематичні та
деформаційні показники компонентів сировини, що формується
1
4
Рис.2.4.Варіанти виконання формуючого пристрою
а також споживчі характеристики готового продукту. Для врахування впливу цих
параметрів на закономірності процесів руху та формозмінення джгута заготовки
розроблена розрахункова схема, яка представлена на рис.2.5. Враховуючи осьову
симетрію задачі для подальших розрахунків приймаємо половину меридіонального
перерізу, який представлений на рис.2.5.
Рис.2.5. Розрахункова схема джгута з начинкою
Закономірності роботи формуючого пристрою визначаються наступними
конструктивно-технологічними параметрами:
конструкцією матриці оболонки (рис.2.4-2.5);
конструкцією матриці начинки (рис.2.4-2.5);
тиском нагнітання начинки Рн ;
тиском нагнітання оболонки Ро
структурно-механічними та реологічними характеристиками компонентів сировини .
2.3. Розроблення математичної моделі процесу формування тістової трубки з
начинкою
2.3.1. Аналітична модель. Аналітична модель формування процесу формування
тістової трубки з начинкою базується на законах фізико-хімічної механіки [93]
та механіки дисперсних середовищ [93] .
При створенні аналітичної моделі сформулюємо основні припущення.
З точки зору мікроаналізу поведінки дисперсної системи:
- мікродеформації і зміщення часток твердої фази малі, як малі і зміни густини
цієї фази;
- малі кінетична енергія пульсаційного руху і пульсаційний перенос імпульсу не
тільки в твердій фазі, але і в дисперсійному середовищі;
- інерційні сили в складових фазах малі;
- температурні ефекти не враховуються – процеси деформування і масо переносу
відбуваються при постійній температурі.
З точки зору макроаналізу поведінки дисперсної системи вважаємо, що
макродеформація дисперсного скелету матеріалів, що формуються, відбувається за
рахунок зміщення окремих часток одна відносно другої і деформації самих
часток.
Приймаємо наступні гіпотези про поведінку макрооб’єму матеріалу:
- він вважається ізотропним на всьому процесі деформування;
- напружений стан деякої точки узагальненої маси дисперсної суміші визначається
швидкостями деформацій в цій же точці в даний момент часу. Розглянемо деякий
представничий об’єм V, обмежений поверхнею Щ, зайнятий дисперсним ма