Розділ 2
ОБ’ЄКТИ, методи досліджень та експериментальні установки
2.1. Об’єкт і предмет досліджень
Об’єктом досліджень є процес різання хліба.
Предметом досліджень є хліб, а саме батон нарізний вищого гатунку, рух леза в
продукті при різанні, структурно-механічні властивості хліба, напруження тертя
в зоні контакту продукту і леза, зусилля різання, якість поверхні зрізу.
При проведенні досліджень по визначенню структурно-механічних властивостей
хліба, коефіцієнтів тертя по контактній поверхні та різання м’якуша при
підготовці до досліджень м’якуш вирізається із середини батону на відстані
більшій, ніж 1 см. від скоринки. Виконання даної умови дозволило забезпечити
постійні значення шуканих величин в процесі досліджень (подібна методика
використовується при визначенні пористості м’якуша по ГОСТ 5669-51 [106]). При
дослідженні аналогічних показників скоринки використовувалась верхня скоринка
батону.
Витримування хліба проводимо при постійних умовах навколишнього середовища, а
саме, температурі повітря 23 єС, відносній вологості 75 % (при таких умовах
хліб витримується і зберігається на хлібопекарських підприємствах).
2.2. Методика та установка для визначення структурно-механічних характеристик
хліба
При дослідженнях властивостей м’якуша визначаються показники стискуваності,
пружності та пластичності. Ці параметри вимірюються в одиницях шкали
пенетрометрів і є відносними, їх неможливо застосувати для розрахунку
технологічного обладнання. Тому нами при дослідженні властивостей хліба та
інших харчових продуктів визначено залежності напруження в продукті від
прикладеної до нього відносної деформації. Це дозволяє використати для опису
конкретні фізичні величини.
Для дослідження структурно-механічних характеристик хліба спроектовано і
виготовлено установку, схема якої показана на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Схема експериментальної установки для визначення
структурно-механічних характеристик харчових продуктів:
1 - дослідний зразок продукту; 2 - робочий столик; 3 - прижимна пластина; 4-
двигун; 5 - пасова передача; 6 - гвинт; 7 - ходова гайка; 8 - ваговий пристрій
(пружина); 9 - фіксатор переміщень; 10 - комп’ютер.
Дослідний зразок 1, який знаходиться на робочому столику 2, притискається
прижимною пластиною 3. Прижимна пластина рухається з постійною швидкістю,
отримуючи рух від приводу. В приводі рух передається від двигуна 4 пасовою
передачею 5 гвинту 6. Гвинт, обертаючись, приводить в рух гайку 7. До гайки
приєднана прижимна пластина 3, яка стискує дослідний зразок.
Робочий столик при деформуванні дослідного зразка теж переміщується, але його
переміщенню чинить опір пружина 8 вагового пристрою. Фіксуючий пристрій 9
реєструє переміщення пружини та надсилає інформацію до комп’ютера 10.
Деформація продукту визначається як різниця між переміщенням прижимної пластини
та деформацією пружини.
Напруження, які виникають в продукті, визначаються як добуток переміщення
пружини на її коефіцієнт пружності. Для кожного продукту потрібно підібрати
пружину з необхідною пружністю, після цього відградуювати установку,
навантажуючи її наважками відомої маси.
Складено алгоритм автоматичної обробки результатів досліджень комп’ютером.
Реалізовано алгоритм за допомогою мови програмування Microsoft Visual Basic 6.0
[52, 79], програма представлена в додатку Б.
При проведенні досліджень комп’ютер через певні інтервали часу реєструє дані з
фіксуючого пристрою. По отриманим даним визначаються відносна деформація
продукту і напруження в ньому при даній деформації. Результати для кожного
інтервалу часу одразу записуються в масив, а в кінці досліду зберігаються в
файл формату *.xls. Файли такого формату можливо опрацювати за допомогою
програми Microsoft Excel, результатом опрацювання є залежності „деформація -
напруження” для продукту, який досліджувався.
Після досліджень продуктів з різними властивостями можна об’єднати результати
досліджень (залежності „деформація - напруження” [66]) для кожного випадку і
порівняти їх.
В таблиці 2.1 показано приклад таблиці Microsoft Excel з результатами
досліджень, яка автоматично створюється після проведення досліду. На рис.2.2.
показано графічний варіант залежності „деформація - напруження”, за даними
таблиці 2.1, яка отримана в автоматичному режимі.
Таблиця 2.1.
Приклад таблиці Excel з результатами обробки дослідних даних
tau, сек
Eabs, мм
Evidn,%
F, Н
sigma, кПа
0.5
0.293
0.879
0.71052
0.910
0.586
1.758
1.42104
1.810
1.5
0.879
2.637
2.13156
2.720
1.172
3.516
2.84208
3.630
2.5
1.527
4.581
2.84208
3.630
1.758
5.274
4.26312
5.440
3.5
2.113
6.339
4.26312
5.440
2.344
7.032
5.68416
7.250
4.5
2.637
7.911
6.39468
8.160
2.992
8.976
6.39468
8.160
5.5
3.285
9.855
7.1052
9.060
3.64
10.92
7.1052
9.060
6.5
3.995
11.985
7.1052
9.060
4.288
12.864
7.81572
9.970
7.5
4.581
13.743
8.52624
10.900
4.874
14.622
9.23676
11.800
8.5
5.229
15.687
9.23676
11.800
5.584
16.752
9.23676
11.800
9.5
5.939
17.817
9.23676
11.800
10
6.294
18.882
9.23676
11.800
10.5
6.587
19.761
9.94728
12.700
Позначення в таблиці: tau - час реєстрації результатів, сек; Еabs - абсолютна
деформація дослідного зразка, мм; Evidn - відносна деформація дослідного
зразка, %; F - зусилля, яке фіксує пружина від продукту, Н; sigma - напруження
в продукті, кПа.
Рис. 2.2. Приклад автоматично отриманої графічної залежності напруження в
продукті від прикладеної відносної деформації
2.3. Методика та установка для визначення зусилля тертя хліба по контактній
поверхні
При дос