33 / 62
Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств» № 3, 2016
33
Введение
Технологический процесс обработки пищевого сырья с целью разделения его на части,
осуществляемый режущим инструментом, является одним из распространенных в пищевых
производствах. При измельчении, придавая материалу заданную форму, размер и качество поверхности,
существенным требованием является полное разделение начального объекта рабочим инструментом без
каких-либо отходов [1, 2].
До разрушения в области контакта рабочего инструмента с материалом возникают пластическая
и упругая деформации, величины которых зависят от строения материала, скорости его деформирования
и физико-механических свойств. Предполагается, что по линии наибольших напряжений происходит
разрушение при условии, что эти напряжения становятся равными временному сопротивлению
материала. Разрушение происходит при растяжении или срезе в зависимости от состояния материала
и характера приложения силы. Работа резания расходуется на создание пластической и упругой
деформаций, и преодоление трения инструмента о разрезаемый материал. В общем случае резание как
процесс содержит два этапа: предварительный – смятие материала до появления напряжения разрушения
и естественное разделение.
В качестве режущих рабочих инструментов применяют ножи, имеющие различную конфигурацию
и форму лезвий: двугранного одностороннего или двустороннего клина, клина с зубцами (называемые
пилами) и в виде проволоки. Основными характеристиками, определяющими резание пищевых
материалов, являются: силовые параметры (удельное усилие резания, удельная работа резания, условное
напряжение резания); наиболее выгодные скорости резания и подачи, определяющие производительность
процесса резания; качество обрабатываемой поверхности; влияние разрезаемого материала на затупление
режущего инструмента. Из перечисленных к главным показателям относят усилие резания и его
скорость. Поскольку особенности процесса резания сложны для чисто аналитического моделирования,
некоторые параметры целесообразно определять экспериментально.
Объекты и методы исследований
В качестве объекта исследований в описанных экспериментах использовали плоды лимона как
одного из видов пищевого сырья для изготовления смузи. Целями, поставленными при постановке
данных исследований, являлись:
выявление теоретических закономерностей, объясняющих основы процессов резания, которые
нацелены на улучшение и увеличение результативности процесса;
изучение особенностей аппаратов и методов, используемых при измельчении сырья в процессе
изготовления «смузи»;
анализ данных, полученных при экспериментальном изучении процесса резания, для
формирования рекомендаций по модернизации устройства для резания, режимов и протеканию процесса
измельчения сырья, при установлении наиболее подходящей формы лезвийного рабочего органа
измельчителя.
В настоящей момент процесс измельчения овощей и фруктов для достижения необходимого размера,
формы и непосредственно получения напитка осуществляется в основном посредством применения дробилок,
соковыжималок, блендеров, относительно медленно вращающихся ножей и неподвижных решеток при
непрерывной подаче сырья [3]. Наиболее распространено лезвийное резание фруктов и овощей. В его основу
заложено относительное перемещение режущего инструмента и продукта. Направленность действия данного
перемещения обуславливает характер процесса резания: рубящее или скользящее [4].
В зависимости от структурно-механических свойств, а также вида продукта, подвергающегося
резанию и необходимой степени измельчения, разработаны ножи, отличающиеся по конструкции и форме,
оптимально подходящие под определенные параметры процесса[5–7].
Основной задачей при выборе формы линии лезвия стала минимизация энергетических затрат в процессе
измельчения материала, уменьшения усилия резания, устранения неравномерности распределения
нагрузки на вал и контакта материала режущей кромкой по всей рабочей длине лезвия [8, 9]. Для ее решения
при разработке конструкции рабочего органа используют следующие принципы [10]:
Электронная Научная СельскоХозяйственная Библиотека