CC BY
39
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 631.171:635.61
КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ МАШИНЫ ДЛЯ РЕЗАНИЯ ОЧИЩЕННОЙ МЯКОТИ БАХЧЕВЫХ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ НА ЦУКАТЫ
М.Н. Шапров, доктор технических наук, профессор Д.В. Сёмин, кандидат технических наук, доцент М.А. Садовников, аспирант
Волгоградский государственный аграрный университет
Представлены основные положения методики, использованной при определении качественных показателей работы машины для резания очищенной мякоти бахчевых культур. Приведены результаты исследований и их анализ.
Ключевые слова: методика, качественные показатели, резка мякоти, качество резания.
Одним из продуктов переработки мякоти плодов бахчевых культур являются цукаты, технология изготовления которых включает в себя нарезку сырья на кусочки необходимого размера. При этом указанная операция базируется на ручном или частично механизированном труде. Использование для механизации процесса резания мякоти бахчевых культур известных в перерабатывающей промышленности машин затруднено и осложняется относительно большими геометрическими размерами плодов бахчевых, различным индексом их формы и специфическими физикомеханическими свойствами мякоти.
В настоящее время в ВолГАУ разрабатывается технологическая линия комплексной переработки плодов бахчевых культур с целью получения семян и кусочков очищенной мякоти. На основе проведенного анализа различных способов и машин, применяемых для резки овощного сырья, мы пришли к выводу, что наиболее подходящей для включения в данную технологическую линию будет резка мякоти с помощью вращающегося ножевого барабана в виде ножевой решетки [5].
Для управления процессом резания очищенной мякоти плодов бахчевых культур и его корректировки необходимо знание оптимальных значений параметров, влияющих на качество работы машины.
На основании теоретических исследований и результатов предварительных опытов было выявлено, что на работу машины для резания влияют следующие факторы: скорость резания х1, угол заточки ножей х2, толщина режущей кромки х3 и угол подачи куска х4 (табл. 1). Критерием оптимизации для оценки качества процесса резания очищенной мякоти плодов бахчевых культур является качество резания.
Интервалы варьирования факторов определялись по литературным источникам, результатам предварительных опытов, теоретических и экспериментальных исследований [3].
Многофакторные исследования проводили в лаборатории ВолГАУ, для чего была изготовлена машина для резания очищенной мякоти плодов бахчевых культур, соответствующая условиям проведения исследований [4].
Основными сортами плодов бахчевых культур, используемых для проведения исследования, являлись: тыква Волжская серая-92, арбуз Дисхим и дыня Быковская-735. Плоды, использованные в исследовании, соответствовали общим требованиям к качеству плодов бахчевых культур при переработке на пищевые цели.
Таблица 1 - Факторы, уровни и интервалы их варьирования
Уровни и интервалы варьирования ФАКТОРЫ
Скорость резания, м/с Угол заточки 0 ножа, Толщина режущей кромки ножа, мкм Угол подачи куска, 0
х1 х2 х3 х4
-1 0,05 20 50 30
0 0,15 25 100 45
1 0,25 30 150 60
8 0,1 5 50 15
В соответствии с принятой методикой, для исследования области оптимума был реализован план Рехтшафнера для 4-х факторного эксперимента, по результатам которого рассчитаны коэффициенты регрессии и получены уравнения:
Для мякоти арбуза Дисхим:
у = 91.75 + 8.5х1 - 8.89х2 - 5.45х3 - 1.95х4 - 0.01х1 х2 + 0.02х1 х3 - 0.05х1 х4 -
- 0.05х2х3 - 0.05х2х4 - 0.02х3х4 - 6.11х12 - 7.61х4 - 2.96х32 - 4.64х4 ^ ^
Для мякоти тыквы Волжская серая-92: у = 92.2 + 5.1х1 -5.63х2 - 1.73х3 + 2.86х4 + 0.008х1 х2 + 0.11х1 х3 + 0.13х1 х4 -
- 0.002х2 х3 - 0.008х2 х4 + 0.11х3 х4 - 4.82х12 - 6.1х^ - 0.97х32 - 2.07х^
Для мякоти дыни Быковская-735:
у = 94.9-2.0х1 + 3.5х2 -4.0х3 + 8.39х4 -0.02х1 х2 + 0.02х1 х3 + 0.025х1 х4 +
+ 0.012х2х3 - 0.015х2х4 + 0.11х3х4 - 5.0х12 -8.75х^ -2.5х32 - 5.99х4
(2)
(3)
Адекватность полученных математических моделей проверялась по критерию Фишера.
Получено, что при исследовании неравномерности распределения качества резания мякоти арбуза Дисхим F = 0,58, мякоти тыквы Волжская серая-92 F=0,5873, мякоти дыни Быковская-735 F=0,7686. Во всех случаях F0.05>F (здесь F0.05=2,1646 -табличное значение критерия Фишера при уровне значимости 5 %). Таким образом, математические модели адекватны результатам эксперимента.
С помощью предложенной программы [1] были определены оптимальные значения факторов (табл. 2).
При рассмотрении двумерного сечения поверхностей отклика по уравнению регрессии (1) для мякоти арбуза Дисхим, относительно скорости резания (х1) и угла заточки ножа (х 2 ), факторы «толщина режущей кромки ножа» (х3) и «угол подачи куска» (х4) фиксировались на оптимальных значениях х3 = -0,94; х4 = - 0,2. Могут быть рекомендованы следующие оптимальные значения факторов: х1 = 0,5...1 и х2 = -0,9.. .-0,5. Результаты расчетов графически представлены на рисунке 1.
__________________Таблица 2 - Оптимальные значения факторов__________________
Фактор Оптимальные значения факторов
арбуз Дисхим тыква Волжская серая-92 дыня Быковская-735
хі - скорость резания, м/с 0,7 0,22 0,52 0,2 -0,2 0,13
0 х2 - угол заточки ножа, -0,6 22 -0,47 23 0,2 26
х3 - толщина режущей кромки, мкм -0,94 53 -0,86 55 -0,8 60
0 х4 - угол подачи куска, - 0,2 42 - 0,67 54 0,7 60
Примечание: в числителе - в кодированном виде, в знаменателе - в раскодированном виде.
При рассмотрении двумерного сечения поверхностей отклика по уравнению регрессии (2) для мякоти тыквы Волжская серая-92, относительно скорости резания (хх ) и угла заточки ножа (х 2 ), факторы «толщина режущей кромки ножа» (х3) и «угол подачи куска» (х4) фиксировались на оптимальных значениях х3 = -0,86; х4 = 0,67. Могут быть рекомендованы следующие оптимальные значения факторов: х1 = 0,3.. .0,7 и х2 = -0,7.. .-0,3. Результаты расчетов графически представлены на рисунке 2.
При рассмотрении двумерного сечения поверхностей отклика по уравнению регрессии (3) для мякоти дыни Быковская-735, относительно скорости резания (хх) и угла заточки ножа (х 2 ), факторы «толщина режущей кромки ножа» (х3) и «угол подачи куска» (х4) фиксировались на оптимальных значениях х3 = -0,8; х4 = 0,7. Могут быть рекомендованы следующие оптимальные значения факторов: х1 = -0,4.0 и х2 =
0.0,4.
1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
XI
Рисунок 1 - Двумерное сечение для изучения влияния факторов хх и х2 при х3 = -0,94; х4 = - 0,2 на качество резания очищенной мякоти арбуза Дисхим
№ 4 (28) 2012
--0,8
--0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
х9
-1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
х
Рисунок 2 - Двумерное сечение для изучения влияния факторов х1 и х2 при х3 = -0,86; х4 = 0,67 на качество резания очищенной мякоти тыквы Волжская серая-92
-1
-0,8 -0,6 -0,4 -0,2
0 Х2 0,2 0,4 0,6 0,8
1
-1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
х
Рисунок 3 - Двумерное сечение для изучения влияния факторов х1 и х2 при х3 = -0,8; х4 = 0,7 на качество резания очищенной мякоти дыни Быковская-735
Результаты расчетов графически представлены на рисунке 3.
Аналогично были рассмотрены двумерные сечения поверхностей отклика по уравнениям регрессии относительно других факторов.
Анализ результатов исследования показал, что для того, чтобы качество резания очищенной мякоти арбуза Дисхим было максимальным, могут быть рекомендованы следующие интервалы значения факторов: хх = 0,2.0,24 м/с; х2 = 21...230; х3 = 60.100 мкм и х4 = 39.450. При этом качество резания очищенной мякоти составит 99 %. Для того, чтобы качество резания очищенной мякоти тыквы Волжская серая-92 было максимальным, могут быть рекомендованы следующие интервалы значения факторов: х1 = 0,18.0,22 м/с; х2 = 21.230; х3 = 50.65 мкм и х4 = 52.590. При этом качество резания очищенной мякоти составит 91 %. Для того, чтобы качество резания очищенной мякоти дыни Быковская-735 было максимальным, могут быть рекомендованы следующие интервалы значения факторов: х1 =
0,11.0,15 м/с; х2 = 25.270; х3 = 50.70 мкм и х4 = 53.60°. При этом качество резания очищенной мякоти составит 92 %.
На качество резания очищенной мякоти плодов бахчевых культур наиболее сильно влияет угол заточки ножей барабана. Вторым по значимости фактором для мякоти тыквы и арбуза является скорость резания, а для мякоти дыни - угол подачи куска. Различие объясняется большим радиусом кривизны плода дыни, по сравнению с арбузом и тыквой. Наименьшее влияние на качество резания оказывает толщина режущей кромки, но рекомендуется применять самые меньшие ее значения. Рекомендуемая скорость резания мякоти дыни несколько меньше по сравнению с мякотью арбуза и тыквы. Это является следствием более низких прочностных свойств мякоти дыни.
Библиографический список
1. Дегтярев, Ю.П. Регрессионный анализ на ПЭВМ [Текст] / Ю.П. Дегтярев, А.И. Филатов // Труды Волгоградского СХИ, 1992. - С. 128-131.
2. Мельников, С.В. Планирование эксперимента в исследованиях с.-х. процессов [Текст] / С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Рощин. - Л.: Колос, 1980. - 168 с.
3. Определение прочностных характеристик плодов бахчевых характеристик [Текст] / М.Н. Шапров, Д.В. Семин, М.А. Садовников, А.В. Кузнецов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2011. -№ 4(24). - С. 219-225.
4. Пат. №2426463 Российская Федерация, МПК7 А 23 N 15/00, B26D 3/26. Машина для резания очищенной мякоти плодов бахчевых культур [Текст] / М.Н. Шапров, В.Г. Абезин, Д.В. Сёмин, М.А. Садовников // заявл.: 01.03.2010; опубл.: 20.08.2011, Бюл. №23. -7 с.
5. Формирование технологического потока при переработке плодов бахчевых культур [Текст] / М.Н. Шапров, Д.В. Семин, М.А. Садовников, А.В. Кузнецов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2010. - № 1(17). - С. 140-145.
E-mail: [email protected]
