В данной статье было исследовано влияние влажности ореха на процесс его разрушения, были проведены эксперименты по выявлению влажности и разработана лабораторная установка для проверки орехов на прочность.
Ключевые слова:усилие, влажность, орех, лабораторная установка, эксперименты.
При создании совершенных технологических процессов, необходимо практически в каждом конкретном случае изучать целый комплекс физико-механических параметров, которые характеризуют поведение объектов под действием механических нагрузок со стороны рабочих органов машин и агрегатов. В полной мере это относится и к процессам измельчения. Для осуществления данной операции на предприятиях имеется измельчающее оборудование. Причем, каждый тип оборудования дает свои отличительные преимущества: и экономические, и технические.
При промышленной переработке орехов путем отделения скорлупы от ядра, возникает технологическая проблема сохранения его без повреждения и разрушения. Существующие устройства [2] для разрушения оболочки орехов за один проход осуществляют разрушение на 70–80 %, причем около 20 % очищенных ядер выходят после машинного разрушения скорлупы поврежденными. Для повышения качества получения цельных ядер орехов была поставлена задача — определить усилие и влажность, при которых скорлупа будет разрушаться, а ядро сохраняться целым.
Для наших исследований была разработана лабораторная установка, позволяющая определять прочность ореха, а также была исследована влажность орехов, которая может претерпевать значительные изменения, что может оказать существенное влияние на процесс разрушения их скорлупы. Вследствие чего требуется проведение исследований влияния влажности на показания параметров разрушения.
Целью этой работы является исследование основных закономерностей влияния влажности ореха на усилие, оказываемое при его разрушении [1].
При проведении экспериментов учитывались технические условия ореха фундука по ГОСТ 16834–81.
Для определения естественного содержания влаги, орех фундук, подвергали сушке. Эксперимент проводился следующим образом. До сушки орехи взвешивались и нумеровались. В качестве нумерации использовался их собственный вес. Орехи, разложенные по ячейкам помещались, в сушильную печь, где в течение 40 минут сушились при температуре от 135÷140 ºС. После сушки орехи вновь взвешивались и по их разности веса определяли потерю влаги.
Для получения проб с различными показателями влажности, орех увлажняли путем замачивания в определенном количестве воды и последующей выдержки в герметичных условиях в течение двух, четырех, шести и восьми суток. В каждой емкости находилось одинаковое количество орехов в виде двух фракций — мелких диаметром 12÷18 мм и крупных диаметром 18÷26 мм.
Влажность определялась весовым методом, с последующим усреднением результатов. После того как определили влажность, орехи подвергались испытаниям на прочность.
Исследования были выполнены с помощью комплекса (рис.1), позволяющего производить постепенное разрушение скорлупы ореха. Механическое воздействие производилось при помощи пневмоцилиндра 4, предназначенного для преобразования энергии сжатого воздуха в поступательное перемещение штока. Давление штока осуществлялось на орех, который был расположен внутри металлического кольца, необходимого для сохранения целостности ядра. Такое механическое воздействие позволяло создавать давление до 2,5МПа (при необходимости). Для регистрации показаний был использованы газовый редуктор 2 с закрепленным на нем манометре. Подача сжатого воздуха к пневмоцилиндру осуществлялась при помощи компрессора 1, по транспортирующей линии 5 в виде трубок, и регулируемая пневматическим вентилем — распределительным клапаном 3.
Рис.1. Схема лабораторной установки для определения усилия разрушения ореха: 1-компрессор; 2-устройство подготовки воздуха — газовый редуктор; 3-пневматический вентиль или распределительный клапан; 4- пневмоцилиндр; 5- транспортирующая линия
Результаты изменения влажности ореха и усилия оказываемого на его разрушение, представлены в таблице 1.
Таблица 1
|
Крупные фракции орехов |
Мелкие фракции орехов |
||||||||
|
№ эксперимента |
Вес орехов, г |
Количество впитываемой влаги, г |
Усилие оказываемое на раскалывание, МПа |
№ |
Вес орехов, г |
Количество впитываемой влаги, г |
Усилие оказываемое на раскалывание, МПа |
||
|
до замачивания, г |
после замачивания, г |
до замачивания, г |
после замачивания, г |
||||||
|
1 |
3,39 |
3,85 |
0,46 |
0,35 |
1 |
2,68 |
3,13 |
0,45 |
0,25 |
|
2 |
3,63 |
4,35 |
0,72 |
0,40 |
2 |
2,37 |
2,88 |
0,51 |
0,30 |
|
3 |
3,85 |
4,64 |
0,81 |
0,50 |
3 |
2,43 |
3,02 |
0,60 |
0,40 |
|
4 |
3,95 |
4,99 |
1,04 |
0,55 |
4 |
2,40 |
3,08 |
0,70 |
0,50 |
Влияние влажности, на усилие, затрачиваемое при раскалывании скорлупы
Выявлена устойчивая тенденция увеличения влажности ореха, а также повышение усилия оказываемого на его разрушение.
Полученные данные позволяют сделать следующие выводы:
1. При увеличении влажности ореха, зазор между ядром и скорлупой ореха уменьшается, что мешает достичь поставленной задачи — получения целого, не разрушенного ядра при его дроблении.
2. При увеличении влажности, орех, требует увеличения затрачиваемой энергии на его разрушение.
Результаты исследований и их обсуждение. Анализ литературных источников и проведенные нами предварительные эксперименты позволили нам установить основные факторы, влияющие на повреждаемость ядер орехов, при их переработке.
После проведения предварительных экспериментов при обработке экспериментальных данных мы получили следующие уравнения регрессии для мелких и крупных фракций орехов — фундука:
Анализируя данные уравнения регрессии (1) и (2) для мелких фракций орехов и для крупных фракций орехов соответственно, можно сделать вывод, что повреждаемость ядер орехов при их переработке зависит в большей степени от влажности самих орехов, т. к. при большем содержании влажности оказывается большое усилие на раздавливание скорлупы. Так как влажность орехов играет важную роль при их переработке, то необходимо выдерживать оптимальную влажность орехов в 14 %, что позволит затратить минимум энергии и получить максимально высокое качество полученных цельных ядер при раскалывании скорлупы [3].
Литература:
1. Влащик Л. Г., Хашир А. А. Технологическая оценка различных сортов фундука для переработки на предприятии ЗАО «Орехпром»//Политематический сетевой электронный научный журнал КубГАУ.-2006.№ 2(18).
2. Выскребенец А. С., Петров В. К. Совершенствование технологии и оборудования для разрушения скорлупы различных видов ореха// Научно-технический вестник Поволжья.№ 6, 2012-Казань, 193–196с.
3. Патент № 2454897 Россия, МПК 2454897 A23N5/00. Устройство для раскалывания скорлупы орехов/ В. К. Петров, А. С. Выскребенец.– — № 2011105451/13; заявл. 14.02.2011; опубл.10.07.2012.
