Обґрунтування раціональних параметрів процесу та обладнання для подрібнення м’якоті кісточкових плодів

Дікусар, Владислав Юрійович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7129

Title:	Обґрунтування раціональних параметрів процесу та обладнання для подрібнення м’якоті кісточкових плодів
Authors:	Філімонова, Надія Вікторівна Дікусар, Владислав Юрійович
Keywords:	роторна дробарка для кісточкових плодів;процес подрібнення кісточкових плодів;конструктивно-режимниі параметри дробарки
Issue Date:	17-Dec-2024
Abstract:	Мета роботи - обґрунтування конструкції, конструктивно-режимних параметрів та продуктивності дробарки, яка подрібнює м'якоть плодів та відокремлює кісточки без їх пошкодження. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити задачі: − проаналізувати процес подрібнення м'якоті плодів; − розробити методику експериментального дослідження; − дослідити механічні властивості плодів та кісточок; −встановити залежність показників якості подрібненого напівфабрикату від параметрів дробарки та властивостей подрібнюваних плодів; −визначити вплив конструктивно-режимних параметрів на вміст подрібнених плодів в обробленому напівфабрикаті; −визначити вплив конструктивно-режимних параметрів на вміст подрібнених плодів в обробленому напівфабрикаті; −визначити вплив пошкоджених кісточок в подрібненому напівфабрикаті. Об'єкт дослідження – процес подрібнення кісточкових плодів. Предмет дослідження - кісточкові плоди абрикоса, персика і сливи з кісточкою, що добре відокремлюється, роторна дробарка для кісточкових плодів. Методи дослідження. Аналітичне моделювання процесу подрібнення кісточкових плодів проводили з використанням теорії подібності. Результати роботи та їх новизна: − здійснено аналіз процесу подрібнення м'якоті плодів; − розроблено методику експериментального дослідження; − досліджено механічні властивості плодів та кісточок; −встановлено залежність показників якості подрібненого напівфабрикату від параметрів дробарки та властивостей подрібнюваних плодів; −визначино вплив конструктивно-режимних параметрів на вміст подрібнених плодів в обробленому напівфабрикаті; −визначино вплив пошкоджених кісточок в подрібненому напівфабрикаті. Практичне значення результатів отриманих у кваліфікаційній роботі магістра полягає у практичному використанні режиму та конструкції робочих органів дробарки для кісточкових плодів, які дозволяють отримати високу якість подрібненого напівфабрикату, використовувати кісточки як вторинну сировину. Актуальним є обґрунтування конструктивно-режимних параметрів експлуатації дробарок та наукове обґрунтування продуктивності цих дробарок.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7129
Appears in Collections:	133 Галузеве машинобудування (Обладнання переробних і харчових виробництв)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
КРМ Дікусар.pdf Restricted Access		1.9 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
(повне найменування вищого навчального закладу)
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
(повна назва факультету)
Кафедра проектування харчових виробництв та верстатів нового покоління
(повна назва кафедри)

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
до кваліфікаційної роботи магістра

на тему: «ОБҐРУНТУВАННЯ РАЦІОНАЛЬНИХ ПАРАМЕТРІВ
ПРОЦЕСУ ТА ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ПОДРІБНЕННЯ М’ЯКОТІ
КІСТОЧКОВИХ ПЛОДІВ»

Другий (магістерський)
(освітньо-кваліфікаційний рівень)

мПВ33.133024.000 ПЗ

Виконав: здобувач вищої освіти
2 курсу, групи мПВ-33
спеціальності 133 – Галузеве машинобудування
(шифр і назва спеціальності)
Обладнання переробних і харчових виробництв
(освітня програма)
Владислав ДІКУСАР
(ім’я та прізвище)
Керівник Надія ФІЛІМОНОВА
(ім’я та прізвище)
Рецензент Валентин ПОДА
(ім’я та прізвище)

Черкаси 2024
2
РЕФЕРАТ

Обсяг роботи. Магістерська кваліфікаційна робота складається із вступу,
5 розділа, висновків, списку використаних джерел, що включає 23
найменування, додатків. Роботу викладено на 87 сторінках, містить 44
рисунок, 14 таблиць.
Мета роботи - обґрунтування конструкції, конструктивно-режимних
параметрів та продуктивності дробарки, яка подрібнює м'якоть плодів та
відокремлює кісточки без їх пошкодження.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити задачі:
− проаналізувати процес подрібнення м'якоті плодів;
− розробити методику експериментального дослідження;
− дослідити механічні властивості плодів та кісточок;
−встановити залежність показників якості подрібненого напівфабрикату
від параметрів дробарки та властивостей подрібнюваних плодів;
−визначити вплив конструктивно-режимних параметрів на вміст
подрібнених плодів в обробленому напівфабрикаті;
−визначити вплив конструктивно-режимних параметрів на вміст
подрібнених плодів в обробленому напівфабрикаті;
−визначити вплив пошкоджених кісточок в подрібненому
напівфабрикаті.
Об'єкт дослідження – процес подрібнення кісточкових плодів.
Предмет дослідження - кісточкові плоди абрикоса, персика і сливи з
кісточкою, що добре відокремлюється, роторна дробарка для кісточкових
плодів.
Методи дослідження. Аналітичне моделювання процесу подрібнення
кісточкових плодів проводили з використанням теорії подібності.
Результати роботи та їх новизна:
− здійснено аналіз процесу подрібнення м'якоті плодів;
− розроблено методику експериментального дослідження;
3
− досліджено механічні властивості плодів та кісточок;
−встановлено залежність показників якості подрібненого
напівфабрикату від параметрів дробарки та властивостей подрібнюваних
плодів;
−визначино вплив конструктивно-режимних параметрів на вміст
подрібнених плодів в обробленому напівфабрикаті;
−визначино вплив пошкоджених кісточок в подрібненому
напівфабрикаті.
Практичне значення результатів отриманих у кваліфікаційній роботі
магістра полягає у практичному використанні режиму та конструкції робочих
органів дробарки для кісточкових плодів, які дозволяють отримати високу
якість подрібненого напівфабрикату, використовувати кісточки як вторинну
сировину.
Актуальним є обґрунтування конструктивно-режимних параметрів
експлуатації дробарок та наукове обґрунтування продуктивності цих
дробарок.

Ключові слова: роторна дробарка для кісточкових плодів, процес
подрібнення кісточкових плодів, конструктивно-режимниі параметри
дробарки.

4
ЗМІСТ
ПЕРЕЛІК УМОВИХ ПОЗНАЧЕНЬ 6
ВСТУП 8
РОЗДІЛ 1. СУЧАСНИЙ СТАН ТЕХНІЧНОЇ ІНФОРМАЦІЇ 9
1.1 Кісточкові плоди та їх промислова переробка 9
1.2 Технології первинної переробки фруктів та овочів 15
1.3 Апаратурне оформлення процесу дроблення плодів 23
РОЗДІЛ 2. ТЕОРЕТИЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ 29
ПОДРІБНЕННЯ КІСТОЧКОВИХ ПЛОДІВ У РОТОРНОМУ
ДРОБАРЦІ
2.1 Конструктивна схема дробарки 29
2.2 Модель плоду 30
2.3 Співвідношення між конструктивними параметрами дробарки 32
та розмірами плодів та кісточок
2.3.1 Аналіз подрібнення м'якоті 32
2.3.2 Подрібнення м'якоті плодів ударним впливом 35
2.4 Сили, що діють на кісточки та механізми їх пошкодження 37
РОЗДІЛ 3. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА УСТАНОВКА ТА 42
МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕННЯ
3.1 Опис експериментальної дробарки 42
3.2 Установка для дослідження механічних властивостей плодів та 45
кісточок
3.3 Методика дослідження процесу подрібнення кісточкових 48
плодів
РОЗДІЛ 4. РЕЗУЛЬТАТИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ 50
ДОСЛІДЖЕНЬ
4.1 Опори плодів стискаючих навантажень 50
4.2 Опір кісточок стискаючих навантажень 52
4.3 Вплив конструктивно-режимних параметрів на вміст 58
подрібнених плодів в обробленому напівфабрикаті
5
4.3.1 Візуальний аналіз зразків подрібненого напівфабрикату 58
4.3.2 Вміст подрібнених плодів у подрібненому напівфабрикаті 64
4.4 Вплив конструктивно-режимних параметрів дробарки на стан 69
кісточок в пошкоджених кісточках в подрібненому напівфабрикаті
ВИСНОВКИ 71
СПИСОК ЛІТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛ 72
ДОДАТКИ 74
Додаток А 75
Додаток Б 77

6
ПЕРЕЛІК УМОВИХ ПОЗНАЧЕНЬ
Позначен-
Пяснення
ня
Властивості плодів та кісточок
lп Довжиина плода
bп Ширина плода
hп Висота плода
mп Маса плода
Еупр. п. Енергія пружної деформації плода
Еплющ Енергія плющення м’якоті плода
d п Еквівалентний діаметр плода
и Густина плода
lк Довжиина кісточки
bк Ширина кісточки
hк Висота кісточки
mк Маса кісточки
Еупр. к. Енергія пружної деформації кісточки
Еразр Енергія руйнування кісточки
Параметри роторної дробарки
Н Висота ротора
R Радіус ротора по коловій кромці ребер
R1, R2 Більший і меньший радіуси ротора
z Кількість ребер на роторі
zк Кількість ребер на корпусі
l Відстань колова між ребрами
eр Зазор між ребрами
eр-к Зазор між зовнішньою поверхнею ротора і корпусом
v Колова швидкість ротора

7
Час перебування плодів та продуктів подрібнення в робочій
t
зоні дробарки
vg Швидкість частинки що впала на висоту ротора
vEп Характерна швидкість плода
vEк Характерна швидкість кісточки
Безрозмірні величини та критерії
d*
п Відносний діаметр плода
l*
к
відносна довжина, висота і ширина кісточки,
b*
к
відповідно
h*
к
Відносний час перебування плодів та продуктів
t*
подрібнення в робочій зоні дробарки
v *
g , v *
Eп ,
Відносна окружна швидкість ротора
v *
Eк
Показники якості подрібненого напівфабриката
Cизм Вміст подрібнених плодів в обробленом напівфабрикаті
Сповр Вміст пошкоджених кісточок в подрібненом напівфабрикаті
Сконд. Вміст кондиційного продукта в подрібненом напівфабрикаті
8
ВСТУП
Актуальність теми. Щорічно в Україні вирощується понад 100 мільйонів
тонн кісточкових культур. Близько половини цього обсягу піддається
промисловій переробці.
Типові методи первинної обробки овочів і зерняткових плодів включають
подрібнення вимитих і проінспектованих плодів, термічну обробку м'якоті
(нагрівання і витримку при заданій температурі) і технічні маніпуляції з
протиранням. В результаті виходять перероблені напівфабрикати, які
використовуються при виготовленні готової продукції, і відходи, які є
вторинною сировиною.
Спроби застосувати таку технологію для переробки кісточкових фруктів
наштовхуються на проблему вибору подрібнювача. Використання існуючих
дробарок, розроблених для подрібнення овочів і насіння
сільськогосподарських культур (вальці, ножі, барабани), призводить до
подрібнення кісток. У зв'язку з цим в напівфабрикат потрапляють небажані
компоненти у вигляді зерен кісток, що негативно позначається на якості
страви.Осколки кісток забивають перфоровані отвори протиракової машини і
знижують її продуктивність. Руйнування кісточок унеможливлює їх
використання в якості вторинної сировини.
Якщо термообробці піддаються цілі плоди, тривалість термообробки слід
збільшити. Експерименти показали, що при цьому втрачається до 70%
вітаміну C та інших поживних речовин, що знижує харчову цінність кінцевого
продукту.
Сьогодні для подрібнення кісточкових плодів використовуються
вальцьові плющилки. При цьому м'якоть значної частини плодів залишається
недоторканою і не піддається пом'якшенню режимом термічної обробки
сировини.
Ефективним способом вирішення цієї проблеми є вдосконалення і
використання роторної дробарки в технічній лінії для протирання кісточкових
плодів.
9
РОЗДІЛ 1. СУЧАСНИЙ СТАН ТЕХНІЧНОЇ ІНФОРМАЦІЇ

1.1. Кісточкові плоди та їх промислова переробка

Плід являє собою складну систему, що складається з тканин, що
виконують різні фізіологічні та анатомічні функції. Ці тканини відрізняються
своєю поживною цінністю і фізико-механічними властивостями, які необхідно
враховувати і використовувати в процесі промислової переробки натуральної
сировини.
Виходячи з даних про харчову цінність для людини, частини фруктів та
овочів можна умовно розділити на запасні та баластні тканини [14, 15].
Запасають тканини займають основну частину плоду і складаються з
паренхіматозних клітин, які містять речовини, що мають поживну цінність для
людини. Клітини цих тканин, як правило, опуклі, мають відносно просту
геометричну форму, їх оболонка складається з целюлози, а цитоплазма з усіма
органоидами, основний обсяг яких займають вакуолі, розташована поблизу
клітинної мембрани. За рахунок збільшення маси паренхіматозних клітин
тканини фруктів і овочів ростуть.
Баластна тканина представлена покривною тканиною (шкіркою),
насіннєвими коробочками, насінням або кісточками у випадку кісточкових
плодів. Професор Гладушняк А.К. називає ці організації утворенням відходів
[16].
Покривна тканина захищає паренхіму від сухості і впливу зовнішніх
факторів. Покривна тканина, що включає епідерміс і околоплодник, містить
ефірні масла і барвники, які надають фруктам і овочам особливий колір і запах.
Епідерміс є первинною тканиною і, як правило, складається з моношару
клітин. Клітини епідермісу розташовані таким чином, що при зростанні
паренхіми вони розтягуються, сплющуються і стають компактними. На місці
розриву епідермісу утворюється вторинна покривна тканина, звана
околоплодником. У місці механічного пошкодження плоду утворюється
10
ранова перидерма - пробкообразная тканину, що володіє високими міцнісними
властивостями.
Околоплодник містить живі і мертві клітини, просочені кортизолом, який
не пропускає воду або газ. Зовні епідерміс покритий кутикулою-безклітинної
плівкою. Ця плівка складається з кутину та жироподібних речовин. Крізь
кутикулу відбувається процес дифузії кисню та вуглекислого газу, води,
етилену та інших летких речовин.
Кількість відходів сировини залежить від сорту, часу збору і зрілості
фруктів та овочів.
Кількість насіння в кісточкових плодах зазначено в таблиці 1.1.
Таблиця 1.1 Вміст кісточок в плодах [4]
Фрукти Вміст кісточок у відсотках від
маси плода
Абрикоси,
европейскі сорта 5,2
средньоазіатські сорта 9,1
Персики 8,3
Слива Ізюм-ерік 6,2
Ренклод 4,1
Венгерка 5,3
Алича 8,1
Вишня 9,2
Черешня 10,1
Кізіл 19,3

Деякі дані про хімічний склад тканин фруктів та овочів наведено у таблиці
1.2. З наведених даних видно, що насіння і ядра кісточок мають високу харчову
цінність у зв'язку зі значним вмістом білка і жирів і можуть бути використані
як вторинна сировина [3].

11
Таблиця 1.2 Вміст жира і білка в насінні або ядрах кісточок [2]
Насіння або ядрах Вміст жира, Вміст білків,
кісточок % %

Томатів 20 - 28 36 - 38
Яблук 24 20
Груші 16 40
Сливи 34 20  30
Вишні 35 20

Інший напрямок використання макухи після переробки кісточкових
культур - для виробництва комбікормів.[5] Р.В. Штейнберг повідомляє про
використання шкаралупи абрикосових кісточок для виробництва
активованого вугілля та абразивних паст [6].
Властивості міцності тканин фруктів і овочів дуже сильно
розрізняються. Тканини для зберігання найбільш схильні до механічних
впливів. Їх твердість вимірюється за допомогою різних констометрів та
осмометрів [4]. У таблиці 1.3 наведені дані про твердість паренхіматозних
тканин деяких плодів і vegetables.V.It наведено дані Штейнберга [4]. Умови
проведення тесту: тверда основа, температура 20°C.

Таблиця 1.3 Параметри логарифмічно нормального розподілу енергії,
яка відповідає пошкодженню фруктових кісточок
Стан кісточок Параметри розподілення
Вид кісточок
М, Дж 
Волога 0,131 1,13
Вишня
Суха 0,145 1,20
Абрикоса Волога 0,773 1,31
12
Харченкова О. В. зазначає, що жорсткість тканин залежить від ступеня
зрілості фруктів. За її даними, твердість паренхімної тканини фруктів
фізіологічного ступеня зрілості на (28 – 66) % менша ніж у фруктів технічного
ступеня зрілості. У фізіологічній стадії зрілості твердість м'якоті вишні,
виміряна пенетрометром ІПД-500 зі змінним штоком діаметром 3 мм,
знаходиться в межах (11,0±0,9) кПа, абрикосів (14,2±1,6) кПа, слив - (21,2 ±
1,7) кПа [14].
З усіх тканин фруктів і овочів найбільшою міцністю володіють тканини
насіннєвої камери, оболонки насіння і насіннєвої лушпиння, що складаються
з механічних тканин. Остання являє собою суміш колленхіми і склеренхіми.
Колленхіма складається з живих полігональних клітин і розташована під
епідермісом. Клітинна мембрана склери одревесневает, а сама клітина
частково або повністю гине після цього.[4]
Клітини колленхіми необоротно деформуються при навантаженні
(20...15) МПа, а клітини склеренхіми не руйнуються при навантаженні 200
МПа. І.А. Анісімова міцність шкірки томата на прокол (143,3...220,6) 104па
[3].
Кістки мають значну жорсткість і практично не деформуються перед
руйнуванням. Р.в. Штейнберг[5] і м.Н. в. [7] визначили механічну міцність
кістки по роботі, витраченої на руйнування при ударних навантаженнях. Їх
дослідження вивчало вплив молотка на нерухому кісточку, розташовану на
гігантській ковадлі.
Р.В. За словами Стейнберга, для руйнування кісточок абрикосів, вишні і
сливи потрібно використовувати енергію, рівну 0,234 Дж, 0,202 Дж і 0,127 Дж
відповідно [7].
Wholesale N. V. Згідно з отриманими даними, енергія руйнування кісток
варіюється в дуже широких межах. Енергію руйнування кістки E слід
розглядати як випадкову величину, яка може бути логічно описана законом
нормального розподілу:
13
lg E
1 (lg E  lg M )2
P(E)    exp d lg E
2 , (1.1)
2  2

де P(E) – можливість дроблення кісточки при енергії молотка Е;
М – середнє геометричне значення енергії удару1;
 середньоквадратичне відхилення lgE від його математичного
очікування.
Дослідження показали, що параметри закону розподілу при дробленні
кісточок на жорсткій основі залежать від типу кісточки і її фізичного стану.
Тому при тестуванні вологих кісточок вишні ймовірність пошкодження вище,
ніж при тестуванні сухих кісточок. Ймовірність пошкодження кісточок сливи
при кімнатній температурі 20°C перевищує (95,20°c)...100°C. результати
дослідження наведені в таблиці 1.3.
Для переробки плодів кісточкових культур важливий рівень зв'язку між
кісточкою і м'якоттю плоду. При цьому розрізняють плоди з добре
відокремленими кісточками і з погано відокремленими кісточками.
Серед кісточкових культур слід виділити абрикос, сливу і персик, які
мають великі плоди і переробляються промисловістю в значних кількостях.
Абрикос в Україні вирощують 14 сортів абрикосів. Кращими сортами
вважаються ті, у яких великі плоди з м'якою м'якоттю без грубих волокон:
червоні щічки, Олександрівський ранній, Нікітський, пізній консервований,
Червоний партизан і інші. Абрикоси в основному використовуються при
виробництві соків,що містять м'якоть [9]. Для всіх сортів абрикосів характерні
добре відділяються кісточки.
З слив при віджиманні виходять продукти, які важко фільтрувати. Тому
їх використовують для виробництва неосвітлених соків або соків з м'якоттю.
Натуральні соки отримують з фруктів з високим вмістом цукру, а соки з
додаванням цукру - з фруктів з низьким вмістом цукру. Плоди сливи мають
темну або світле забарвлення і добре відділяються кісточки. Кращі сорти:
Угорська Ажанська, Ренклод колгоспний, Анна Шпет, персик [12].
14
Персики найбільш поширені в регіонах Криму (12% площі посадок),
Одесі (1,5%), Запоріжжі (до 0,5%) і Херсоні (0,2%).Основу промислового
асортименту Криму і південних регіонів України складають сорти селекції
Нікітського ботанічного саду: пухнастий ранній, червоні щічки, соковитий і
ін. [9]. Промислові сорти персиків, як правило, мають добре відокремлюються
кісточки.
Згідно з аналізом даних, на сучасному українському ринку сорти з добре
відокремленими кісточками складають від 65% до 75% всіх кісточкових
культур, що переробляються в консервній промисловості.
Слід зазначити, що кісточкові плоди також відносно недовго
зберігаються в холодильнику. Це пов'язано з активністю фізіологічних і
біохімічних процесів, високим вмістом вологи і стиглістю плодів. Кісточкові
ягоди зберігаються 2-6 днів, в холодильнику - 10-40 днів. Тільки деякі сорти
слив, придатні для зберігання, можуть зберігатися до 2 місяців [9]. У зв'язку з
цим кісточкові плоди підлягають промисловій переробці в період збору
врожаю.
Підсумовуючи можна зробити такі висновки:
1. Найбільшою поживною цінністю володіють резервні тканини
кісточкових плодів. У зв'язку з тим, що кісточки містять значну кількість жиру
і азотистих сполук, вони є цінною вторинною сировиною.
2. В якості вторинної сировини рекомендується використовувати кістки.
Основний напрямок використання-екстракція рослинного масла, а другий
напрямок-в якості добавки до комбікормів. Абрикосові кісточки можна
використовувати як добавку до кондитерських виробів і для виготовлення
подрібнених паст.
3. При промисловій переробці фруктів і овочів необхідно подрібнювати
зайві тканини і зберігати цілісність кісточок.
4. В українських умовах найбільший інтерес для промислової переробки
представляють плоди абрикосів, персиків і слив з добре відокремленими
кісточками.
15
1.2. Технології первинної переробки фруктів та овочів

В даний час склалися певні технології переробки фруктової та овочевої
сировини, які мають на меті отримання різних видів кінцевого продукту.
Умовно можна виділити виробництво натуральних консервів, в яких
плоди та овочі взагалі не піддаються подрібненню і зберігають свою природну
форму та вид [10].
Відомі технології, засновані на пресуванні соковитих ягід і плодів, які
мають на меті одержання готового продукту у вигляді прозорої рідини, що не
містить зважених частинок – освітленого соку, вина. Відділення рідкої фази в
цьому випадку виробляють на пресах, при цьому якість пресування вважається
тим найкращим, чим менше суспензій переходить в рідку фазу. Перед
пресуванням грона винограду часто подрібнюють у дробарках-
гребневідділювачах, які мають на меті відділення гребенів і руйнування ягід
[11]. Перед пресуванням яблука обов'язково подрібнюють з метою руйнування
клітинних оболонок і більш повного вилучення соку.
На рисунку 1.1 як приклад наведено машинно-апаратурну схему ділянки
переробки винограду в технологічній лінії виробництва білих столових
матеріалів [11]. Виноград доставляється спеціальним автотранспортом 1 (на
рисунку1.1 показаний контейнер КВА вантажопідйомністю (2-3) т і
завантажується в шнековий бункер-живильник 2, який подає його в дробарку-
гребнеотделитель 3. У валковій дробарці використовуються валки, що
обертаються назустріч один одному, які роздавлюють та встановлені у
перфорованому барабані бичі, які відокремлюють гребені від ягід винограду.
Роздавлений виноград (мезга) насосом 4 перекачується в стікач 6, який
призначений для відділення першої фракції сусла (сусла самопливу). Для
запобігання сусла від передчасного бродіння мезга проходить через
сульфітатор 5, де до неї додається сірчистий ангідрид.
16
Зі стікача мезга направляється в прес 7. В результаті пресування
одержують пресове сусло. Сусло-самотек збирається у збірнику 8, пресове
сусло – у збірниках 9, 10.

Рисунок 1.1 - Машинно-апаратурна схема ділянки переробки винограду
у технологічній лінії виробництва білих столових матеріалів

Багато дослідників відзначають, що при розмірі частинок 2…4 мм
досягається оптимальна ступінь подрібнення фруктів і ягід. Якщо розмір
шматочків продукту перевищує це значення, вихід сусла знижується, так як
велика кількість соку залишається в осаді незайманих осередків. Якщо
сировина подрібнюється надмірно тонко, то під час пресування мезги
закупорюються капіляри товщиною з продукт, що також призводить до
зниження виходу сусла [12]. У технології, заснованої на використанні преса,
при віджиманні втрачається 25...40% сировини.
Технологія, заснована на протиранні фруктів і овочів, спрямована на
отримання готового продукту у вигляді суспензії або пюре з рідкою фазою зі
зваженими частинками тканин для зберігання – м'якоті, пюреобразних
продуктів, соків з пастами. Ці технології забезпечують більш глибоку
переробку сировини і більш повне використання його інгредієнтів для
харчування людини.
17
На рисунку 1.2 показаний технічний розділ первинної обробки фруктів
та овочів за допомогою протиракової машини 9[13].
Процес подрібнення сировини на цій лінії дуже важливий. В результаті
подрібнення фрукти або овочі утворюють добре текучу суспензію, яка
успішно перекачується насосом 7 і піддається тепловій обробці в
теплообміннику 8. Сировина, що підлягає такій обробці, в достатній мірі
відділяється на пристрої парової очистки. При цьому в відходи потрапляють
частинки твердої баластної тканини, і вихід оброблених напівфабрикатів,
використовуваних в харчовому виробництві, досягає 95...97%.

Рисунок. 1.2 - Ділянка первинної переробки плодів і овочів у технології
протирання: 1 – контейнер; 2 – перекидач контейнера; 3 - мийна машина;
4 – інспекційний транспортер; 5 – дробарка; 5, 11 – проміжний збірник;
7, 12 – насос; 8 – теплообмінник; 9 – здвоєна протирочна машина;
10 – транспортер відходів

Поєднання процесу подрібнення та термічної обробки суспензії перед
протиранням називається термомеханічною обробкою [16]. Обробка такої
сировини призводить до значних змін його властивостей і компонентів. При
цьому руйнується структура фруктів і овочів, руйнується зв'язок між
окремими типами тканин і властивості міцності тканин. Завдяки правильному
вибору ступеня подрібнення сировини, температури і тривалості
18
термообробки вони забезпечують високий вихід напівфабрикатів на
протиракових установках.
Л.Т. Кочетова показала, що для швидкого і досить повного відділення
необхідно знизити опір подрібненню моркви і картоплі до 0,06 МПа, а капусти
- до 0,04 МПа [14].
Вплив жорсткості рослинних тканин на процес протирання досліджено
В.Штейнбергом. За його даними, для відділення моркви необхідно збільшити
твердість тканини на (3... 6) 104 Па. Час і температура теплової обробки моркви
вибираються виходячи з розм'якшення тканини на рівні, необхідному для
протирання суспензії. Моркву рекомендується відварювати при температурі
140 ° C при температурі 70 ° C [15].Деякі сорти яблук, слив, абрикосів і вишні
в стадії повної зрілості мають дуже м'яку і ніжну структуру. Ці види сировини
можна розділяти на існуючих протирочних машинах у сирому вигляді без
попередньої теплової обробки. Проте дослідження М. С. Мордковича
показали, що без теплової обробки під впливом ферментної системи плодів
відбувається незворотне окислення дубильних речовин. Спостерігається
інтенсивне потемніння обробленого напівфабрикату, продукт набуває
неприємного темного кольору [16]. Таким чином, теплова обробка суспензії
перед протиранням багатьох видів фруктової сировини є необхідною
технологічною операцією.
Режими теплової обробки залежить від виду сировини. Сливи та вишні
підігрівають до температури (80…85)оС, абрикоси – до (65…70)оС, яблука –
до 100оС; тривалість підігріву яблук - 25 хвилин, слив, вишень, абрикосів - не
більше 10 хвилин [15].
Зазначимо, що подрібнення плодів насіння і овочів перед протиранням
добре освоєно в сучасній консервній промисловості. Труднощі технічного
характеру виникають при дробленні кісточкових плодів. Застосування
відомих дробарок призводить до руйнування значної кількості кісточок.
У зв'язку з цим у відомих технологічних лініях відмовляються від
подрібнення кісточкових плодів. Так у технології концентрування вишневого
19
та абрикосового соків методом блочного виморожування плоди перед
протиранням пропонується піддавати тепловій обробці в цілому вигляді [15].
Перед протиранням плоди в цілому вигляді розварюють у шнекових
нагрівачах або дигестерах [16].
Зазначимо, що теплова обробка великих плодів абрикосу, сливи та
персика технічної стадії зрілості потребує значного часу на прогрівання, при
цьому втрачається харчова цінність сировини. За даними Алієва І. А. [2] та
Тележенко Л. Н. [3] на стадії теплової обробки та протирання втрачається до
70 % термолабільних речовин, у тому числі вітаміну С.
Відходи після протирочних машин можуть бути використані як
вторинна сировина для вилучення кісточок або спрямовані на виготовлення
комбікормів для тварин [13]. З метою отримання насіння відходи після
первинного протирання зазнають спеціальної переробки. Насіння
відокремлюють від домішок, відмивають, зневоднюють, висушують,
затарюють у мішки і поставляють на масло переробні підприємства. Кісточки,
що виходять в результаті протирання кісточкових плодів, очищають від
домішок, висушують і використовують як цінну вторинну сировину.
Ядра кісточок мають значну поживну цінність, тому їх використовують
для отримання харчових олій, заміни мигдалю в кондитерських виробах.
Шкаралупу використовують як паливо, а зі шкаралупи кісточок абрикоса
виготовляють абразивні порошки.
Вимоги до кісточок, як до сировини для виробництва олії, визначено в
ОСТ 18.28-70, розробленому в Одеському технологічному інституті харчової
промисловості ім. М. В. Ломоносова. Відповідно до стандарту вологість
кісточок не повинна перевищувати 13%, вміст домішок – 3%. Обумовлюються
також вимоги до зовнішнього вигляду кісточок та кольору шкаралупи [8].
Таким чином, важливою вимогою до технологічних процесів первинної
переробки зерняткових і кісточкових культур є якісне подрібнення плодової
м'якоті та отримання цілого, не пошкодженого насіння або кісточок.

20
Відповідно до розмірів частинок у продуктах подрібнення Рвачов В. В.
розрізняє такі види дроблення [15]:
- велике, коли найбільший розмір фрагментів перевищує 50 мм;
- середнє, якщо найбільший розмір фрагментів знаходиться в межах
2...50 мм;
- дрібна, коли найбільший розмір часток знаходиться в межах 1...2 мм;
- тонке, якщо найбільший розмір часток не перевищує 1 мм [16].
У цій роботі ми розглядаємо процес дроблення сировини на ділянках
первинної переробки фруктів та овочів. Цей тип дроблення відноситься до
середнього подрібнення.
Для дроблення плодів та овочів у технологічних лініях первинної
переробки сировини консервної промисловості застосовують двобарабанну,
однобарабанну, ножову та вальцову дробарки [10].
Дробарка двобарабанна (рис. 1.3) має в складі набрані на двох валах
зубчастих дисків 1.

Рисунок 1.3 – Двобарабанна дробарка

Він може бути встановлений на 2 литих зубчастих барабанах. Два вала
обертається в протилежному напрямку. Швидкість обертання валу
неоднакова; в той же час забезпечується різна окружна швидкість зубів і різні
зусилля, які розривають продукт. Подрібнений продукт потрапляє на решітку
2. В цьому випадку продукт додатково подрібнюється до розміру, що
21
забезпечує його проходження через зазори між гратами. Продукт
завантажується в бункер 3.
Двобарабанна дробарка заводу імені Куйбишева використовується на
консервних заводах для дроблення плодів, томатів та інших продуктів. При
діаметрі зубчастих дисків 180 мм та частоті обертання 250 об/хв та 300 об/хв
забезпечує продуктивність 8 т/год.
Однобарабанна дробарка показана на рисунку 1.4. У чавунному корпусі 1
обертається барабан 2, на якому закріплена зубчаста рейка 3. Нерухома
зубчаста рейка 4 замінює 2-й барабан через виїмку, через яку проходять зуби
обертової рейки.

Рисунок 1.4 – Однобарабанна дробарка

Схема ножової дробарки показано на рисунку 1.5. У дробарці процес
дріблення носить характер стругання. Дробарка – це масивний обертовий
барабан 1, по поверхні якого з нахилом встановлені ножі 2 (в цьому випадку 3
ножа). Приводиться барабан в обертання валом 3. Ці деталі розташовані у
чавунному корпусі 4. Перед ножем є виїмка задля зрізаного продукту, що
потім викидається із барабана дробарки відцентровою силою.
Продукт потрапляє із завантажувального бункера на барабан, який
обертається з великою швидкістю, а далі в зазор між барабаном та плитою 5,
положення якої можна регулювати (можна встановлювати ближче до центру,
22
і далі від осі обертання). Коли до плити наближається ніж, він знімає з
продукту стружку, і потім викидає її з машини.

Рисунок 1.5 – Ножова дробарка

На рисунку 1.6 показана схема вальцової дробарки, що застосовується для
подрібнення зернових культур. Вальцова дробарка складається із двох
чавунних та рифлених валків 1 і 2, які обертаються у протилежні сторони.
Підшипники валка 1 нерухомі; і підшипники валка 2 рухомі. При допомозі
пружини 3 регулюють проміжок між ними від 3 мм до 20 мм.

Рисунок 1.6 – Валкова дробарка

Зазначимо, що перераховані дробарки придатні для подрібнення плодів
насіння. Зазори між робочими органами більше розмірів насіння, тому насіння
залишається цілим.
У разі подрібнення фруктів кісточкових культур кісточки защемляються
між робочими органами та піддаються подрібненню. До подрібнення кісточок
23
призводить значна окружна швидкість ножів у відомих дробарках, особливо в
барабанній ножовій дробарці.
Таким чином, завдання селективного подрібнення плодів кісточкових
культур, при якому фруктова м'якоть подрібнюється, а кісточки залишаються
цілими, потребує спеціального розгляду.

1.3 Аналіз машин для руйнування м'якоті плодів кісточкових культур

У науково-технічній літературі описані такі машини, які
використовуються або пропонуються для руйнування кісточкових плодів.
Гладушняк А.К. Перед бланшуванням плоди пропонується
подрібнювати за допомогою так званого "плющитника". Плющитника
складається з корпусу, пари гладких валків з шипами і захватной планки (рис.
1). 1.7). До корпусу прикріплений бункер. Валок порожнистий, діаметром
460мм і довжиною 340 мм, з осями, встановленими на підшипнику і
забезпеченими ущільнювальними стрічками. Валок обертається синхронно з
частотою 45 хв-1 і приводиться в рух від електродвигуна потужністю 3 кВт
через черв'ячну передачу і ланцюгову передачу, осі яких з'єднані зубчастим
зачепленням. Зазор між валками становить 20 мм, а висота шипів і ножових
захоплень - 16 мм.останні встановлені таким чином, що при обертанні вони
зближуються, але не стикаються один з одним.
Привід і валок кріпляться до жорсткої рами. Продуктивність установки
становить 5 т / год.
Сировина надходить в бункер, а потім при обертанні валків, завдяки їх
низькій окружній швидкості, подрібнюється і надходить в обладнання для
термообробки. Оскільки кут захоплення валка менше того, який потрібно для
середнього діаметра плодів сировини, для захоплення сировини валком
останній забезпечений конічним шипом з кроком 100 мм.для захоплення
особливо великих плодів (100 мм в діаметрі) валки забезпечені ламелями, які
подрібнюють їх на шматочки потрібного розміру.
24
Робота roller ivy показала, що кабачки в травній системі готуються на
пару цівками, яблука і айва – 5-7 хвилин, морква 〜 до 20 хвилин. Час обробки
скорочується більш ніж в 2 рази. Чим менше зазор між валиками, тим глибше
руйнується структура фруктового сировини, тим коротше час бланшування.
Плющник рекомендується встановлювати безпосередньо над
розподільником, щоб сировина потрапляло на нього після деформації. Крім
того, бажано, щоб внутрішня порожнина планаризатора була заповнена
парою. Це необхідно для запобігання окислення сировини киснем повітря, в
результаті чого темніє і, як наслідок, псується зовнішній вигляд продукту.

Рисунок 1.7 - Валковий плющник:
1 - приймальний бункер; 2 - планка-захоплення; 3 - гладкий валок;
4 - корпус; 5 - шип; 6 - зубчаста передача; 7 - підшипник; 8 - вісь валка;
9 – ущільнюючий бандаж; 10 – ланцюгова передача; 11 - редуктор

Нами проведено дослідження процесу плющення руйнуванням м'якоті
кісточкових плодів. Показано стан плодів абрикосу (рис. 1.) та сливи після
плющення між плоскою плитою 1 і упором 3 на експериментальній установці,
що описана у розділі 3.

25

Рисунок 1.8 - Руйнування м'якоті плодів після плющення:
а – плоди сливи, сорт Угорка домашня;
б – плоди абрикоса, сорт Червонощокий

Можна побачити, що в м'якоті утворюються тріщини, проте в більшості
випадків м'якуш не руйнується, і кісточка залишається мішечку м'якоті. Це
руйнування м'якоті визнаємо недостатнім, щоб забезпечити скорочення часу
прогріву фруктів при подальшій термообробці в дигестері або розварювачі.
Зверніть увагу, що для збереження цілісності кісточок зазор між
розплющуюючими валиками слід вибирати більше ширини найбільшої
кісточки. У зв'язку з цим є підстави очікувати, що ступінь руйнування м'якоті
плодів з дрібними кісточками буде значно гірше.
Тому досвід пошуку показує, що ефективність подрібнення м'якоті
кісточкових плодів шляхом дроблення низька.
Запропонована дробарка для подрібнення кісточкових плодів, що
включає ротор 2 з нерухомими зубчастими ребрами 1 (рис. 2). До основного
26
корпусу [16] прикріплено рухоме зубчасте ребро 3, колектор для подачі пари
в робочу зону машини.

Рисунок 1.9 - Дробарка для подрібнення кісточкових плодів за
деклараційним патентом України № 24535 [10]: 1 – ротор; 2 – нерухомі
зубчасті ребра; 3 – рухомі зубчасті ребра; 4 – підшипниковий вузол; 5 –
колектор для подачі пари; 6 – патрубок вивантаження подрібненого
напівфабрикату

Пшеничний Ю. В. та Гладушняк А. К. повідомляють про результати
експериментального дослідження процесу подрібнення кісточкових плодів на
такому дробарку [12].
У процесі експериментів було отримано такі результати:
1) оптимальна частота обертання робочого органу:
а) n1 = 1400 об/хв для персика, 83,67 % - маса м'якоті, що відокремилася,
з урахуванням, що маса одноразового завантаження плодів становить 100 %.
б) n1 = 1310 об/хв для сливи, 88,4 % - маса м'якоті, що відокремилася.
27
2) оптимальний час дроблення: а) τ1 = 28 с – для персиків, 90 % - маса
м'якоті, що відокремилася; б) τ1 = 28 с – для слив, 82,7 % - маса м'якоті, що
відокремилася.
З проведених досліджень робиться висновок у тому, що дробарка
працездатна [13].
Наведені рекомендації були використані АОА Одеський СКТБ Продмаш
для розробки дробарки А9-КЮУ. Зазначимо, що у промисловій машині
частота обертання ротора знижена до 1000 об/хв.
Досвід роботи з дробаркою A9- А9-КЮУ показує, що хороше
подрібнення м'якоті призводить до руйнування до 10% кісток і пошкодження
оболонки приблизно у 70% кісток. Вважається, що цей недолік пояснюється
недостатнім обґрунтуванням режиму роботи дробарки. Рекомендована
частота обертання ротора явно завищена, так як при промисловому
проектуванні її довелося зменшити. З іншого боку, конструкцію основного
робочого органу верстата – рухомих і нерухомих ребер жорсткості з зубами,
слід вважати невдалою. Зубчасті ребра добре розсікають м'якоть плоду, але
точковий контакт між верхівкою зуба і кістковою оболонкою викликає значне
місцеве напруження і пошкодження кістки.
Руйнування кісток неприпустимо, оскільки деякі шкідливі речовини з
кісток потрапляють в продукт, негативно впливаючи на його поживну цінність
і псуючи зовнішній вигляд. Зламану кістку потім не можна використовувати в
якості вторинної сировини. Однак пошкодження оболонки - це теж дуже
небажане явище. На протирочній машині важко відокремити невеликий
шматочок шкаралупи, що призводить до засмічення сітчастого полотна і
вимушеної зупинки протиракової машини через проблеми з ручною гігієною.
Тому проблема поліпшення процесу подрібнення кісточкових плодів
полягає не тільки в якісному подрібненні м'якоті, але і в збереженні кісточок
плоду в цілості.
Вирішення проблеми якісного подрібнення м'якоті кісточкових культур,
при якому кісточки залишаються цілими, представляється можливим на основі
28
подрібнювача, запропонованого в патенті США №544420, який відрізняється
тим, що рухливі ребра на роторі 4 і нерухомі ребра на корпусі 2 3 виконані з
гладкими краями. В цьому випадку ширина ребер зменшується в сторону
зазору для вивантаження подрібнених напівфабрикатів.
Круглі ребра з прямими робочими крайками без зубців дозволяють
добре розсікати м'якоть, і в той же час, навіть при зіткненні з кісткою, вони не
пошкоджують оболонку.

29
РОЗДІЛ 2 ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ПОДРІБНЕННЯ М'ЯКОТІ
КІСТОЧКОВИХ ПЛОДІВ

2.1. Конструктивна схема роторної дробарки

Схема роторної дробарки наведена на рисунку 2.1. Машина включає
встановлений на вертикальному валу ротор 1. Концентрично ротору
змонтований нерухомий корпус 2 з утворенням кільцевого робочого

Рисунок 2.1 - Схема роторної дробарки: 1 – ротор; 2 – корпус; 3 – рухоме
ребро; 4 – нерухоме ребро; 5 – плід

зазору шириною ер-к і висотою Н. У робочій зоні на роторі та на корпусі 2
укріплені ребра 3 і 4.
Розглянута дробарка для кісточкових плодів відрізняється тим, що ребра
встановлені вздовж твірної ротора і корпусу.
30

Рисунок 2.2 - Схема плоду кісточкової культури:
1 – кісточка; 2 – м'якоть

Дробарка працює наступним чином. Ротор з ребрами обертається із
заданою швидкістю. Косточкові плоди 5 рівномірно завантажують у корпус 1.
Під впливом сил тяжіння плоди надходять у робочу зону дробарки. Внаслідок
взаємодії з ребрами відбувається подрібнення плодової м'якоті, і продукти
дроблення опускаються на висоту Н.
З метою захисту кісточок від пошкодження в дробарці
використовуються ребра з прямолінійною робочою кромкою, при цьому
кромка ребер закруглена.
Основним припущенням про властивості робочих органів машини є те,
що вони є абсолютно твердим тілом, яке не ламається та не деформується при
взаємодії з плодами та кісточками, зазори між рухомими та нерухомими
ребрами залишаються постійними. Маса робочих органів машини набагато
більше маси кісточок плода.
Конструктивні та режимні параметри роботи дробарки мають великий
вплив на показники якості подрібненого напівфабрикату. Важливим
завданням цього дослідження є наукове обґрунтування цих параметрів.

2.2 Модель плоду

Для аналізу поведінки плодів у робочій зоні дробарки необхідно ввести в
розгляд опис плода кісточкової культури (рис. 2.2).
31
Ми припускатимемо, що плід складається з кісточки 1, оточеної
м'якоттю 2. Розміри кісточки описуються її висотою (найменший розмір) hк,
довжиною lк (найбільший розмір) та шириною bк.
Розміри плода, аналогічно записуються як lп , hп і bп.
Кісточка знаходиться всередині м'якоті, тому завжди дотримуються
співвідношення:

hк  hп; bк  bп; lк  lп . (2.1)

Важливими параметрами є маса плоду mп і маса кісточки mк,, а також
вміст кісточок у плодах:
Ск = mк / mп. (2.2)

Для вирішення багатьох завдань доцільно використовувати
еквівалентний діаметр плода dп, що визначається як діаметр сфери, що має
обсяг плода:

6mп
dп  3 , (2.3)
п

де п – густина плоду, кг/м3.
Для аналізу процесів, що відбуваються в робочій зоні дробарки, має
значення механічні властивості плодової м'якоті та кісточок. У справжній
Роботу ми будемо розглядати плоди технічного ступеня зрілості з
кісточкою, що добре відокремлюється.
Основні припущення про властивості досліджуваних плодів полягають
у наступному:
1. Сили тяжкості та сили механічного зв'язку м'якоті з кісточкою можна
порівняти за величиною і малі в порівнянні з силами, які необхідно докласти
до плоду для руйнування м'якоті.
32
2. Сили, які потрібно докласти для руйнування м'якоті плодів, набагато
менше, ніж зусилля, необхідних пошкодження чи руйнації шкаралупи
кісточок.
З першого припущення випливає важлива можливість вибрати такий
режим роботи дробарки, при якому м'якоть подрібнюється, а кісточки
залишаються непошкодженими. З другого припущення випливає, що у разі
руйнування оболонки кісточка вільно відокремлюється від м'якоті, але в її
поверхні залишається фрагментів м'якоті. Зазначимо, що пропонована модель
плода з кісточкою, що добре відокремлюється, дозволяє стверджувати, що
руйнування м'якоті плода еквівалентно відділенню кісточки від м'якоті.
При розгляді удару плода об робочі органи машини важливою
характеристикою плоду є енергія пружної деформації плоду Епр. п, яка
дорівнює енергії, що витрачається на деформування плода на ділянці пружних
деформацій. Аналогічний фізичний розмір Еупр.к ми будемо також
використовувати в аналізі умов пошкодження кісточки.
Для опису того чи іншого показника процесу подрібнення плодів у
дробарці з перерахованих характеристик вибирають найбільш важливі, що
відображають сутність досліджуваного явища.
Визначення властивостей кісточкових плодів та кісточок є важливим
завданням експериментального дослідження

2.3 Аналіз подрібнення м'якоті плодів

2.3.1 Подрібнення м'якоті защемленням плода між ребрами

Подрібнення м'якоті защемленням плода між ребрами – це основний
механізм руйнування м'якоті плодів при низьких швидкостях обертання
ротора.
Розглянемо граничний випадок низької швидкості ротора, коли за ударі
плоду об ребро його шкірний покрив не ушкоджується. І тут плоди, які у
33
робочу зону машини, відскакують від ребер на робочих органів машини без
ушкодження м'якоті. Подрібнення м'якоті відбувається лише внаслідок
затискання плодів між рухомими та нерухомими ребрами.
Аналіз руху плода через робочу зону роторної дробарки дозволяє
виділити три зони (рис. 2.2 а).

Рисунок 2.3 - До аналізу подрібнення плодів защемленням:
а – основні зони роторної дробарки;
б – параметри зони мінімальних зазорів

Спочатку плоди надходять у зону завантаження I, де вони ударяються об
торцеву поверхню ротора, перемішуються і надходять у проміжок між
ротором і корпусом. Неважко бачити, що поперечний переріз корпусу
набагато більше поперечного перерізу зазору між ротором і корпусом.
Надалі припускатимемо, що початкова вертикальна складова швидкості
плодів при вході в зазор зневажливо мала в порівнянні з окружною швидкістю
ребер.
У межах зазору між ротором та корпусом можна виділити зони II та III.
У зоні II ширина зазору між корпусом і ротором ер-к більша за діаметр плода.
Плід під впливом сили тяжіння провалюється у зазорі. Затискання плодів може
34
статися в ті моменти часу, коли рухомі ребра виявляються навпроти
нерухомих ребер. Однак при низькій швидкості обертання ротора плоди
відскакують від ребер і ймовірність їх защемлення мала.
У зоні III зазор між ротором та корпусом досягає мінімальної величини.
При проходженні через зону можливі два режими руху плодів.
Якщо діаметр плода dп перевершує мінімальну ширину зазору між
корпусом і ротором ер-к, тобто виконується умова (2.6), то плід застряє в зоні
III, защемлення між рухомими і нерухомими ребрами і подрібнюється. Такий
режим роботи дробарки гарантує руйнування плодів з кісточкою, що добре
відокремлюється.
Якщо діаметр плода dп менший за мінімальну ширину зазору між
корпусом і ротором ер-к, тобто виконується умова:
dп < min eр-к
то існує ймовірність, що в проміжки часу, коли відстань між рухомими та
нерухомими ребрами велика, плід проскочить через робочу зону дробарки без
подрібнення м'якоті і в подрібненому напівфабрикаті з'явиться певна частина
подрібнених плодів.
Неважко бачити, що у останньому випадку подрібнення плодів
відбувається у зоні III. Природно зробити висновок, що якість подрібнення
плодів визначається конструктивними параметрами машини в цій зоні, а також
швидкістю проходження плодів через неї практично не залежить від
параметрів в зонах I і II, зокрема і від висоти ротора Н.
Таким чином, вміст подрібненого напівфабрикату подрібнених плодів
Сизм залежить від наступних параметрів (рис. 2.3 б):
− ефективного діаметра плода dп;
− ширини зазору ер між рухомими та нерухомими ребрами;
− мінімальної ширини зазору min eр-к між бічними поверхнями ротора та
корпусу;
− окружної відстані l між ребрами;
− товщини ребер δр (на рис. 2.3 б не показано);
35
− кута між корпусом і боковою поверхнею ротора;
− окружної швидкості ребер v;
− вертикальної складової швидкості плода на виході із зазору vвих;
Введемо до розгляду швидкість частки, яка вільно падає на висоту ротора

vg = 2gH . (2.11)

Якщо припустити, що на вході в зону II осьова складова швидкості
частинок дуже мала, і частки вільно падають у зазорі між ротором і корпусом,
то в цьому випадку отримуємо
vвих = vg
У загальному випадку vвих залежить від інших розглянутих вище
параметрів, тобто

vвих = f ( vg, dп, eр, min eр-к, l, δр, α, v).

Таким чином, залежність вмісту подрібнених плодів в обробленому
напівфабрикаті в загальному випадку можна подати у вигляді

Сизм = Ф v →0 (dп, eр, min eр-к, l, δр, α, v, vg). (2.12)

2.3.2 Подрібнення м'якоті плодів ударним впливом

Розглянемо зіткнення плода із сталевим ребром машини. При цьому
припускатимемо, що ребро є абсолютно твердим тілом, у процесі зіткнення не
руйнується та не деформується. Маса ребра, укріпленого на роторі (чи корпусі
машини) у багато разів перевищує масу плода.
Припустимо, що плід має властивості пружного тіла, яке деформується в
процесі зіткнення і, якщо виникаючі при ударі напруги в тілі плода
перевершують межі міцності, то м'якоть зруйнується.
36
В курсі теоретичної механіки поведінка пружного тіла в процесі удару про
тверду масивну перешкоду прийнято розбивати на два етапи. Відповідно до
цих уявлень на першому етапі кінетична енергія плоду Е кін.п. у відносному
русі щодо поверхні зіткнення

Е 2
кін. п = mп vвідн. / 2 (2.13)

перетворюється на енергію пружної деформації плоду Едеф. п,
де vвідн - нормальна до поверхні удару складова відносної швидкості плода.
Якщо енергія деформації Едеф. менше гранично допустимої величини
енергії, за якої спостерігається руйнування плода:
Едеф  Епр. п,
то на другому етапі удару відбувається її перетворення на кінетичну
енергію і плід відскакує від масивного тіла з деякою новою швидкістю. Якщо
ця умова не дотримується, то відбувається руйнування шкірного покриву
плоду, відокремлення фрагментів м'якоті від плода і, за досить великої
кінетичної енергії, руйнування м'якоті.
Введемо на розгляд характерну швидкість vЕп, за якої кінетична енергія
плода дорівнює граничному значенню його пружної деформації, тобто:

mп v
2
Е п /2 = Еупр. п.

якщо нормальна складова швидкості плода

vп  vЕ п , (2.15)

то плід відскакує від твердої поверхні, якщо

vп  vЕ п , (2.16)

37
то шкірний покрив плода може пошкодитися, від плода може
відокремитися фрагмент м'якоті, а при досить великій швидкості може статися
руйнація м'якоті та відділення кісточки.
Таким чином, за досить великої окружної швидкості ротора, основним
механізмом руйнування плодової м'якоті є ударне подрібнення.
Якщо зазори між ребрами дробарки настільки великі, що защемлення
плодів можна знехтувати, а конструкція дробарки забезпечує взаємодію
рухливих ребер з плодами, то вміст подрібнених плодів в обробленому
напівфабрикаті можна представити у вигляді залежності:

Сизм = Ф1 е→∞ (vЕ п, v). (2.17)

2.4 Сили, що діють на кісточки та механізми їх пошкодження

Пошкодження кісточок у процесі подрібнення м'якоті плодів є
механічним процесом, що здійснюється під впливом робочих органів
дробарки. Для реалізації цього процесу до шкаралупи кісточки необхідно
докласти зусиль, достатніх для її руйнування.
У процесі подрібнення плодів на кісточки діють самі сили, як і плоди: сили
тяжкості; інерційні зусилля, що виникають при ударній взаємодії з робочими
органами; сили зв'язку кісточки з м'якоттю; реакції робочих органів, що
виникають при защемленні кісточки між рухомими та нерухомими ребрами.
Відмінність полягає у двох важливих обставинах: кісточки мають масу в
5...15 разів меншу масу плодів, а зусилля, необхідні для пошкодження їх
шкаралупи, у сотні разів перевершують зусилля, необхідні для руйнування
плодової м'якоті.
На підставі аналізу сил можна зробити висновок, що в роторній дробарці
має місце два механізми руйнування та пошкодження шкаралупи кісточки:
руйнування в результаті удару кісточок об ребра, коли кінетична енергія
кісточки настільки велика, що сили, що виникають при її зіткненні з робочими
38
органами машини, наводять до пошкодження чи руйнування шкаралупи;
внаслідок затискання кісточок між ребрами машини, коли сили тертя у
контакті кісточки з ребрами машини зростають рівня, у якому відбувається
ушкодження чи руйнація шкаралупи.
При аналізі процесу пошкодження кісточок припускатимемо, що сталеві
ребра машини є абсолютно твердими тілами, не деформуються і зберігають
свою форму у разі затискання кісточок або зіткнення з ними.
Слід звернути увагу на те, що поведінка кісточки принципово
відрізняється від поведінки плодів у дробарці тим, що кісточка може
перебувати в двох станах:
− усередині плоду, коли вона оточена шаром м'якоті, з яким пов'язана
певними силами;
− бути вільною, коли плід зруйнований, та зв'язку кісточки з м'якоттю
відсутні.
Друга відмінна риса плодових кісточок абрикоса, сливи і персика
полягає в тому, що вони мають форму, яка значно відрізняється від сферичної
форми. Тому неможливо звести її геометричну розмірну характеристику до
еквівалентного діаметру, як це зроблено з плодами. У зв'язку з цим як
визначальний розмір кісточки будемо використовувати її ширину bк.
Розглянемо випадок низької швидкості обертання ротора, коли
ймовірністю пошкодження шкаралупи кісточки внаслідок зіткнення з
робочими органами машини можна знехтувати. Враховуючи, що міцність
шкаралупи кісточок у багато разів перевершує механічні характеристики
плодової м'якоті та сили зв'язку кісточки з м'якоттю в проміжках часу, коли
кісточка виявляється защемленою між ребрами, нехтуватимемо її силами
зв'язку з м'якоттю. Це означає, що у разі защемлення результат взаємодії з
ребрами, тобто пошкодження або збереження кісточки цілою, не залежить від
того, що вона знаходиться в м'якоті або є вільною.
39
У цьому випадку кісточки в плодах завантажуються в дробарку і
надходять у зону I над ротором, де плоди перемішуються, а потім
провалюються в зазор між ротором та корпусом дробарки (рис. 2.4).
У межах зазору між ротором та корпусом можна виділити зони II та III.
У зоні II ширина зазору між корпусом і ротором ер-к більша за ширину
кісточки і при низькій швидкості обертання ротора ймовірність її защемлення
мала.
У зоні III зазор між ротором та корпусом досягає мінімальної величини.
При проходженні через цю зону можливі два режими руху кісточок.
Якщо ширина кісточки bк перевищує мінімальну ширину зазору між
корпусом і ротором ер-к, тобто виконується умова (2.7), то кістка піддається
защемленню в зоні II або III між рухомими і нерухомими ребрами і
ушкоджується. Такий режим роботи дробарки гарантує пошкодження якщо не
всіх, порівняно великої кількості кісточок.

Рисунок 2.4 - До аналізу пошкодження кісточок защемленням:
а – основні зони дробарки;
б – параметри зони мінімальних зазорів

Якщо bк < ер-к, то існує можливість того, що кісточки пройдуть через
зону III непошкодженими.
40
Аналіз показує, що вміст пошкоджених кісточок Спошк. у подрібненому
напівфабрикаті у разі залежить від наступних параметрів (рис. 2.4 б):
− ширини кісточок bк;
− ширини зазору eр між рухомими та нерухомими ребрами;
− мінімальної ширини зазору min eр-к між бічними поверхнями ротора
та корпусу;
− окружної відстані l між ребрами;
− товщини ребер δр (на рис. 2.4 б не показано);
− кута між корпусом і боковою поверхнею ротора;
− окружної швидкості ребер v;
− вертикальної складової швидкості кісточки на виході із зазору vвых;
З урахуванням швидкості вільного падіння частинок на виході з робочої
зони дробарки vg залежність вмісту пошкоджених кісточок у подрібненому
напівфабрикаті в загальному випадку можна подати у вигляді:

Сповр. = Ф v →0 (bк, eр, min eр-к, l, δр, α, v, vg). (2.30)

Розглянемо зіткнення плодової кісточки зі сталевим ребром дробарки.
При цьому будемо припускати, що кісточка має властивості пружного тіла, яке
деформується в процесі зіткнення і якщо виникають при ударі напруги в
шкаралупі кісточки перевершують межі міцності, то шкаралупа може
пошкодитися або зруйнуватися.
Як і у разі подрібнення плодів, введемо до розгляду характерну
швидкість vЕ к до, при якій кінетична енергія кісточки дорівнює граничному
значенню її пружної деформації, тобто:

mп vЕ к
2 /2 = Епр. к.

З цього виразу отримуємо:
41
2E упр. к
vE к  (2.31)
mк

якщо нормальна складова швидкості кісточки:
vк  vЕ к , (2.32)

то кісточка відскакує від твердої поверхні, якщо
vк  vЕ к , (2.33)
то її шкаралупа може пошкодитися, від шкаралупи може відокремитися
фрагмент, а при досить великій швидкості може статися руйнування
шкаралупи та відділення ядра кісточки.
Зазначимо, що на результати зіткнення великий вплив має орієнтація
кісточки щодо робочої кромки ребра. Крім цього, траєкторії руху плодів та
кісточок у робочій зоні машини, а також їх напрямки та швидкості носять
випадковий характер. У зв'язку з цим можна припускати, що існує досить
широкий діапазон швидкостей ребер, у якого пошкодження кісточок є
випадковою подією, ймовірність якого залежить від окружної швидкості ребер
і збільшується з підвищенням цієї швидкості.
Якщо зазори між ребрами дробарки настільки великі, що защемлення
кісточок можна знехтувати, а конструкція дробарки забезпечує взаємодію
рухливих ребер з плодами, то вміст пошкоджених кісточок в обробленому
напівфабрикаті можна представити у вигляді залежності:

Сповр. = Ф2 е→∞ (vЕ п, v). (2.34)

У реальній машині реалізується деякий середній режим подрібнення
м'якоті кісточкових плодів, і можуть мати місце обидва механізми
пошкодження кісточок.

42
РОЗДІЛ 3 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА УСТАНОВКА ТА МЕТОДИКА
ДОСЛІДЖЕННЯ

3.1 Опис експериментальної дробарки

Для проведення експериментальних досліджень було розроблено
експериментальну дробарку (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 – Конструктивна схема експериментальної дробарки

Установка містить ротор 1, змонтований на вертикальному валу в
корпусі 2. Вал ротора встановлений у підшипниковому вузлі 3 і через
клинопасову передачу 4 отримує обертальний рух від електродвигуна
постійного струму 5. До валу двигуна підключений тахогенератор типу
Д-2ММ (на рис. 3.1 не показаний ). До складу установки входять також два
тахометри типу ТЗі3М класу точності 1,5%, які дозволяли контролювати
частоту обертання ротора.
43
Пульт управління експериментальної установки містив лабораторний
автотрансформатор потужністю 1 кВт, який дозволяв регулювати частоту
обертання вала електродвигуна 5 та ротора 1.
Загальний вигляд експериментальної дробарки (рис. 3.2) наведено
нижче.

Рисунок 3.2 - Экспериментальна дробарка для кісточкових плодів

Експериментальна установка дозволяла варіювати та контролювати
наступні параметри процесу подрібнення кісточкових плодів:
1. Частоту обертання валу ротора.
При передавальному числі клинопасової передачі 1:1 частоту обертання
ротора встановлювали на рівнях: 250; 500; 750; 1000; 1250; 1500 об/хв.
При цьому окружна швидкість ребер змінювалася в діапазоні від 2 м/с
до 12 м/с.
При передавальному числі клинопасової передачі 2:1 частоту обертання
ротора можна варіювати на рівнях: 500; 1000; 1500; 2000; 2500; 3000 об/хв.
44
Окружна швидкість ребер змінювалася 4 м/с - 24 м/с.
2. В експерименті використовували два ротори, які мали однакову
висоту 160 мм та відрізнялися своїми зовнішніми діаметрами (рис. 3.3).
Кількість ребер на роторі варіювали на двох рівнях 4, 6 та 12 ребер. Для цього
виготовлений комплект змінних ребер, а на роторі були виконані додаткові
отвори. Ребра та отвори на роторах нумерувалися. Під час складання ребра
встановлювали на свої постійні місця.

Рисунок 3.3 - Змінні ротори дробарки

3. Ширину зазору між корпусом та ротором. Для цього
використовувалися такі засоби. При максимальному проміжку нерухомі ребра
2 кріпилися безпосередньо на корпусі 1. Для зменшення зазору всередину
корпусу вставляли змінні вставки з нерухомими ребрами.
На циліндричній поверхні вставки були виконані отвори для кріплення
ребер. В експерименті використовувалися вставки з різними відстанями між
ребрами.
Деякі з варіантів налаштування дробарки (рис. 3.4) наведено нижче.
45

1 2
Рисунок 3.4 - Варіанти налаштування
дробарки:
1 – шість ребер на роторі та 8
нерухомих ребер на корпусі;
2 – ротор з шістьма ребрами та
вставка з сімома нерухомими
ребрами; 3 – ротор з 12 ребрами та

3 вставка з 15 ребрами

3.2 Установка для дослідження механічних властивостей кісточок та плодів

Механічні властивості плодів визначалися на лабораторній установці,
схему якої наведено на рисунку 3.5.

1 – плита динамометра; 2 – плід; 3 – упор; 4 - кісточка
Рисунок 3.5 - Схема установки для дослідження механічних
властивостей кісточкових плодів
46
Деформацію плода вимірювали лінійкою з величиною точності до 0,5
мм, а зусилля стиснення – зразковим механічним пружинним динамометром
ДОСМ-3-0,2 з ціною розподілу 3,1 Н. Тарирувальна крива динамометра
наведена на рисунку 3.6.
Під час випробувань плід ставили на плиту динамометра 1 і лінійку
встановлювали на нуль. Після цього за допомогою гідравлічного преса
починали поступово піднімати плиту та стискати плід. Величину зусилля,
прикладеного до плоду, монотонно збільшували і фіксували деформацію
плоду, що виникає при цьому.
Випробування продовжували доти, поки між упором 3 і плитою 1 не
виявлялася затиснутою кісточка. У цей момент основний опір деформаціям
починала чинити жорстка шкаралупа кісточки, а показання динамометра різко
зростали.
За результатами вимірювань будували залежність

у = f (F). (3.1)

На рисунку 3.6 наведена кривувальна кривувальна динамометра, а на
рисунку 3.7 – знімок експериментальної установки.
Аналогічним чином піддавали механічним випробуванням плодові
кісточки. Деформацію кісточки вимірювали індикатором вартового типу ІЛ 0-
10 мм, а зусилля стиснення - механічним зразковим динамометром стиснення
ДОСМ-3-0,2 з ціною розподілу 3,172 Н.
47

Рисунок 3.6 - Тарувальна крива динамометра при випробуваннях плодів

Рисунок 3.7 - Установка для випробувань кісточкових плодів на стиск

48
3.3 Методика дослідження процесу подрібнення кісточкових плодів

Дослідження проводили на плодах персика, абрикоса та сливи у
технічній стадії зрілості.
У таблиці 3.1 наведено відомості про досліджені фрукти. Як міру
розсіювання маси та інших параметрів плодів прийнято стандартне
відхилення.

Таблиця 3.1 Характеристика плодів що досліджувалися

Процес подрібнення кожного з видів кісточкових плодів досліджували
за планами трьох факторних експериментів.
Як варіюються параметрів процесу подрібнення плодів використовували
кількість ребер на роторі, ширину зазору між ротором і корпусом і окружну
швидкість обертання ребер на роторі.
Кількість ребер на роторі та корпусі варіювали на двох рівнях.
Відповідно кількості ребер на роторі змінювали і кількість нерухомих ребер
на корпусі.
Для дослідження абрикосу та сливи кількість ребер на роторі брали
рівним 6 та 12 штук, відповідне число ребер на корпусі – 8 та 16 штук.
Для дослідження процесу подрібнення персика, плоди якого були значно
більшими, на роторі встановлювали 3 і 6 ребер. У тих випадках, коли
використовували змінні вставки, витримували постійну відстань між
49
нерухомими ребрами на рівні 38 та 76 мм. У цьому кількість нерухомих ребер
(залежно від ширини зазору), зменшували до 15 чи 14 штук.
Ширину зазору для кожного виду досліджених плодів варіювали на
трьох рівнях. Величину зазору підбирали виходячи з таких міркувань.
Мінімальний зазор вибирали таким чином, щоб плодова кісточка по
висоті вільно проходила в зазор між рухомими і нерухомими ребрами і, в той
же час, не проходила між ребрами по ширині.
Максимальний проміжок вибирали таким чином, щоб по всій висоті
барабана плодова кісточка могла пройти у випадку, коли вона орієнтована
вздовж свого найбільшого виміру - довжини.
Середній зазор вибирали як середнє арифметичне від мінімального та
максимального зазору.
Положення плодів абрикоса в завантажувальній зоні машини для
досліджених проміжків наведено на знімках рисунок 3.8.
Продукти подрібнення піддавали ретельному аналізу визначення
показників якості процесу.

50
РОЗДІЛ 4. РЕЗУЛЬТАТИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ

4.1 Опір плодів стискаючим навантаженням

Дослідження опору кісточкових плодів стискаючих навантажень
проводили на установці, описаній у підрозділі 3.2. Внаслідок випробувань
отримали залежності деформації плодів від зусилля стиснення.
Аналіз цих залежностей показав, що у них можна назвати дві
характерних ділянки.
На першій ділянці, поки зусилля не перевищує межі пружних
деформацій Fпр, аналізована залежність описується лінійним рівнянням виду

у = k F, (4.1)

де k - емпіричний коефіцієнт, який характеризує здатність плода до
деформування.
У курсі опору матеріалів подібна ділянка спостерігається при
деформуванні суцільних матеріалів і називається ділянкою пружних
деформацій. У межах цієї ділянки спостерігається властивість плода
відновлювати свої розміри та форму після зняття навантаження.
Практичне значення має енергія пружної деформації плоду, яку можна
розрахувати як:

Fупр
Епр =  F dy , (4.2)
0

де Fпр – верхня межа ділянки пружних деформацій.
При навантаженнях, більших, ніж Fпр, спостерігаються пластичне
деформування плодової м'якоті, які супроводжуються незворотним
руйнуванням плода.
51
На характер кривих деформації впливало орієнтація кісточки у плоді
перед проведенням випробувань. У випадках, коли велика вісь кісточки в
плоді була орієнтована під кутом до плити та упору, кісточка в процесі
випробування проверталася в м'якоті. Під дією прикладених зусиль кісточка
приходила в таке положення, при якому відстань між плитою та упором
виявляється мінімальною (див. рис. 3.5).
Слід зазначити, що у ділянці пластичних деформацій експериментальні
графіки немає постійного характеру. Спостерігаються випадки, коли
деформації окремих плодів зростають із зростанням навантаження. В інших
плодів спостерігається деформація типу плинності, коли опору залишається
практично незмінним. Зустрічаються екземпляри, у яких після досягнення
максимального зусилля у м'якоті утворюються тріщини. В цьому випадку опір
стиску значно зменшується.
Інтегральною характеристикою, що описує опір плодів навантаженням,
що стискають, є енергія плющення плода. Ця характеристика включає енергію
пружної деформації та енергію, яка споживається при незворотному
руйнуванні м'якоті та може бути розрахована як:

упред
Е F dy
плющ. =  . (4.3)
0

де упред – найбільша деформація плода, коли між упором і плитою
установки защемляється кісточка.
На рисунку 4.1 наведено залежність деформації досліджених плодів від
докладеного зусилля стиснення.
Результати статистичної обробки отриманих даних та чисельного
інтегрування діаграм за залежностями (4.2, 4.3) наведено у таблиці 4.1.
Таким чином, отримано нові дані про закономірності деформування
плодів при статичних навантаженнях та про їх механічні властивості. Ці дані
можна використовуватиме вирішення прикладних завдань.
52
Таблиця 4.1 Результати дослідження опору кісточкових плодів
стискаючим навантаженням
Ділянки пружньої
k, деформації Епр , Еплющ ,
Культура Сорт
мм /Н Дж Дж
упр , мм Fпр , Н
Персик Успіхи 0,37 11 28 0,15 1,0
Червоно-
Абрикос 0,25 8,4 34 0,14 0,6
щокий
Слива Венгерка 0,53 8,2 15 0,06 0,23

4.2. Опір кісточок стискаючим навантаженням

Випробування піддавали кісточки, витягнуті безпосередньо з плодів
персика, абрикоса, сливи. Сливові кісточки досліджували три сорти. У табл.4.2
наведено основні характеристики досліджених кісточок, у тому числі кількість
випробуваних кісточок. Як міру розсіювання маси та основних розмірів
кісточок використано стандартне відхилення.

Таблиця 4.2 Характеристики досліджених кісточок
Кількість Основні розміри, мм
досліджених
Культура Сорт
кісточок, довжина ширина висота
шт.
19,4 
Персик Успіх 11 39,1  2,2 27,4  1,6
1,0
10,7 
Абрикос Краснощокий 10 25,1  1,9 18,9  1,3
1,0
Мірабель 11 14,9  0,5 12,4  0,4 7,6  0,2
Ренклод 7 18,8  1,3 14,1  5,1 7,8  2.8
Слива
Венгерка
11 28,5  1,3 15,5  0,5 8,8  0,5
домашня
53
Дослідження показали, що характер залежності деформації кісточок від
прикладеного зусилля залежить від виду досліджених кісточок. Розглянемо
експериментальні дані кісточок окремих культур.
Персикова кісточка відрізняється тим, що на діаграмі її деформації
(рис. 4.2) можна виділити три характерні ділянки.

Рисунок 4.2 - Експериментальні залежності деформації від зусилля
стиснення персикових кісточок

При малих зусиллях від 0 до 95Н результати вимірів мають нестабільний
характер. Окремі кісточки провертаються у зазорі між упором та плитою, і
індикатор фіксує переміщення, яке досягає 0,5 мм. Інші кісточки одразу
займають стійке положення та криві деформації таких кісточок у діапазоні від
0 до 1740 ± 44 Н можна описати загальною лінійною залежністю. Між цими
випадками зустрічаються проміжні варіанти. Зауважимо, що при зусиллях від
0 до 95 Н нам не вдалося описати експериментальних даних єдиним рівнянням.
54
Якщо зусилля 95 Н ÷ 1740 ± 44 Н залежність деформації кісточок від
прикладеного зусилля адекватно описується лінійним рівнянням виду:

у = ак + kк F, (4.4)

де ак, kк - емпіричні коефіцієнти, для персикової кісточки
kк = 0,00050 мм / Н.
За аналогією з термінологією, прийнятою для суцільних матеріалів, цей
діапазон можна умовно назвати ділянкою пружної деформації. Для нього
характерне явище відновлення форми шкаралупи кісточки після зняття
навантаження. Основною характеристикою, що описує на цій ділянці
здатність персикової кісточки до деформування, є коефіцієнт k, що входить до
емпіричного рівняння (4.4). Цей коефіцієнт можна трактувати як відношення
збільшення деформації до збільшення навантаження на ділянці пружної
деформації.

kк =  у /  F. (4.5)

Другою важливою характеристикою є енергія пружної деформації
кісточки, яку можна розрахувати як
Fпр к
F dy
Епр к =  , (4.6)
0

де Fпр к - верхня межа ділянки пружної деформації. Для персикових
кісточок

Еупр к = 0,7 2 0,16 Дж.

55
При навантаженнях більше 1740 44 Н спостерігається переміщення
плити динамометра на відстань до 3 мм. Це переміщення супроводжується
незворотним руйнуванням шкаралупи у місцях її контакту з плитою та упором.
При досягненні граничного навантаження шкаралупа кісточки раптово
руйнується окремі фрагменти.
Основною характеристикою персикових кісточок на ділянці
незворотних руйнувань є зусилля Fруйн к = 1900  91 Н та деформація
уруйн к = 2,9  1,0, при яких спостерігається руйнування шкаралупи кісточки.
Інтегральною характеристикою, яка описує опір плодової кісточки
стискаючих навантажень, є енергія, що витрачається на руйнування кісточки.
Ця величина включає енергію пружної деформації кісточки і енергію, що
витрачається на незворотне руйнування шкаралупи, і може бути розрахована
за рівнянням

Fруйн к
Е =  F dy
руцн к . (4.7)
0

Для персикових кісточок Еруйн к =1,0  0,2 Дж.
Результати дослідження абрикосових кісточок відрізняються тим, що
криві деформації можна розбити на дві ділянки. За малих зусиль від 0 до 32 Н
спостерігається нестабільна деформація (рис. 4.3). При великих
навантаженнях до руйнування кісточок має місце пружна деформація, яку
можна описати лінійним рівнянням виду (4.4). Руйнування шкаралупи
абрикосових кісточок настає наприкінці ділянки пружної деформації і носить
раптовий характер.
Залежність деформації сливових кісточок від зусилля стиснення
(рис.4.4).
56

Рисунок 4.3 - Залежність деформації абрикосових кісточок від зусилля
стиснення

Результати статистичної обробки експериментальних даних на ділянці
пружних деформацій для абрикосових та сливових кісточок наведено у
таблиці 4.3.
Таким чином, отримані нові дані про закономірності деформування
кісточок при статичних навантаженнях та їх механічні властивості.
Ці дані можна використовувати для інтерпретації експериментальних
даних, зокрема, результатів дослідження ймовірності пошкодження кісточок у
дробарці та розрахунку ребер.
57

Рисунок 4.4 - Залежність деформації сливових кісточок від зусилля
стиснення для сортів: а - мірабель; б - ренклод; в – угорка домашня

Результати статистичної обробки експериментальних даних на ділянці
пружних деформацій для абрикосових та сливових кісточок наведено у
таблиці 4.3.
Таким чином, отримані нові дані про закономірності деформування
кісточок при статичних навантаженнях та їх механічні властивості.
Ці дані можна використовувати для інтерпретації експериментальних
даних, зокрема, результатів дослідження ймовірності пошкодження кісточок у
дробарці та розрахунку ребер.

Таблица 4.3 Механичні властивості плодових кісточок
Умови руйнування
Е
кісточок руйн к ,
Сорт kк, мм /Н
Дж
уруйн к , мм Fруйн к , Н
Краснощокий 0,0019 0,89  0,15 410  42 0,17  0,04
Мирабель 0,0021 0,81  0,11 377  30 0,18  0,02
Ренклод 0,0012 0,58  0,07 425  72 0,13  0,04
Слива
Венгерка
0,0015 0,83  0,13 507  46 0,21  0,04
домашня
Культу
Абрикос
ра
58
4.3 Вплив конструктивно-режимних параметрів на вміст подрібнених
плодів в обробленому напівфабрикаті

Косточкові плоди подрібнювали на експериментальній дробарці, описаній
у підрозділі 3.2. згідно плану трифакторного експерименту. Внаслідок
пропускання порції продукту через машину отримували зразки обробленого
напівфабрикату. Ці зразки розкладали на плоскій поверхні, знімали цифровим
фотоапаратом та піддавали візуальному аналізу.

4.3.1 Візуальний аналіз зразків подрібненого напівфабрикату

Аналіз проводили для того, щоб з'ясувати від якої кількості плодів
відокремилися кісточки, як подрібнена м'якуш, які розміри фрагментів м'якоті
плодів у подрібненому напівфабрикаті.
Розглянемо вплив режимних та конструктивних параметрів дробарки на
якість та характер подрібнення м'якоті плодів.
Окружна швидкість ребер на роторі впливає характер подрібнення м'якоті
плодів і розміри частинок в подрібненому напівфабрикаті. На рисунку 4.7
наведено знімки плодів абрикоса після подрібнення на роторній дробарці при
різних окружних швидкостях ребер на роторі машини. У всіх дослідах число
ребер на роторі становило 6 штук, що відповідає окружному кроці l = 76 мм,
ширина зазору між ребрами була на середньому рівні та становила ер = 21 мм.
У машину завантажували порції з п'яти плодів.
59

Рисунок 4.7 – Зразки напівфабриката абрикоса подрібненого при швидкостях
обертання ротора: а- 3,6 м/с; б- 7,2 м/с; в- 11 м/с; г- 14,5 м/с; д- 18 м/с; е- 22м/с

З фотографій видно, що при мінімальній швидкості ротора v = 3,6 м/с
чотири плоди пройшли через робочу зону машини без руйнування м'якоті та
відділення кісточок, і лише одна кісточка відокремилася від м'якоті.
Такий режим не можна визнати задовільним. При збільшенні швидкості
до 7,2 м/с спостерігається відокремлення чотирьох кісточок абрикоса від
м'якоті, при цьому м'якоть плодів руйнується на фрагменти, розміри яких не
60
перевищують половини мішечка. Подальше збільшення швидкості до 10, 9 м/с
і вище веде до збільшення кількості частинок розміром менше 10 мм і
зменшення кількості великих частинок м'якоті. При швидкості 14, 5 м/с і вище
подрібненому напівфабрикаті з'являються зруйновані кісточки.
На рисунку 4.8 наведено зразки напівфабрикату, отриманого в
результаті подрібнення плодів сливи за різних швидкостей обертання ротора.
Ці досліди були виконані на машині з шістьма ребрами на роторі, що
відповідає окружному кроці l = 76 мм. Зазор між ребрами був встановлений
на середньому рівні та становив ер = 22,3 мм.
З фотографій видно, що при швидкості 4 м/с всі плоди проходять через
дробарку без подрібнення м'якоті, вм'ятини від ребер практично не помітні.
При швидкостях 8 м/с окремих плодах з'являються сліди вм'ятин від ребер.
При швидкості 12 м/с спостерігається подрібнення м'якоті трьох плодів та
відділення, відповідно, трьох кісточок. При цьому два плоди проходять через
робочу зону без подрібнення м'якоті. При швидкостях 16 м/с та більше
спостерігаються окремі плоди, які проходять через робочу зону без
руйнування м'якоті. Зі збільшення швидкості ротора вміст плодів з
подрібненою м'якоттю і кісточкою, що відокремилася, зростає. Після
досягнення режиму, при якому подрібнюється м'якуш всіх плодів, у
подрібненому напівфабрикаті спостерігається значне зростання дрібних
частинок.
Аналогічні результати одержано при подрібненні плодів персика. Зразки
подрібненого напівфабрикату наведені на рисунку 4.9 отримані на дробарці з
трьома ребрами на роторі (нижній рівень) при зазорі між ребрами ер =38 мм
(верхній рівень). Зазначимо, що у цьому експерименті порція

61

Рисунок 4.8 – Зразки напівфабриката сливи подрібненого при швидкостях
обертання ротора: а - 4 м/с; б - 8 м/с; в - 12 м/с; г – 16 м/с; д - 20 м/с; е - 24 м/с;

62

Рисунок 4.9 – Зразки напівфабриката персика подрібненого при швидкостях
обертання ротора: а - 4 м/с; б - 7 м/с; в - 10 м/с; г – 13,5 м/с; д - 17 м/с; е - 20м/с;

63
одночасно оброблюваних плодів складала чотири штуки. При швидкості
3,4м/с (нижній рівень) спостерігається подрібнення м'якоті тільки одного
плода і, відповідно, відділення однієї кісточки. За швидкості 7 м/с
подрібнюється м'якоть трьох плодів. При швидкостях 10 м/с і від
подрібнюється м'якоть всіх плодів. Зі збільшенням швидкості вміст дрібних
частинок у подрібненому напівфабрикаті зростає.
На характер і рівень подрібнення плодів впливає ширина зазору між
ребрами. На рисунку 4.10 наведено знімки подрібнених плодів абрикоса, що
відрізняються шириною зазору між ребрами. Усі зразки напівфабрикату були
подрібнені за окружної швидкості ротора близько v = 3,6 м/с, кількість ребер
на роторі – 6 штук. З рис. 4.10 видно, що повне подрібнення м'якоті
досягається при мінімальному зазорі. З збільшення ширини зазору кількість
кісточок, що відокремилися, знижується, а при максимальному зазорі всі
кісточки залишаються в плодах, і спостерігається тільки пошкодження
плодової м'якоті.

Рисунок 4.10 – Зразки подрібненого абрикосового напівфабриката, що
одержаний при ширині зазора між ребрами:
а – мінімальний зазор ер =10,3 мм;
б – середній зазор ер =21 мм;
а – максимальний зазор ер =33 мм;
64
Аналогічні результати отримані щодо впливу зазору на характер
подрібнення плодів сливи (рис. 4.11).

Рисунок 4.11 – Вплив ширини зазора між ребрами на характер
подрібнененням’якоті плодів сливи:
а – мінімальний зазор ер =10 мм;
б – середній зазор ер =22 мм;
а – максимальний зазор ер =33 мм

Вплив окружної відстані на характер та ступінь подрібнення м'якоті
плодів: зі збільшенням відстані, тобто зменшенням числа ребер на роторі,
кількість плодів із подрібненою м'якоттю зменшується. При максимальному
зазорі ер = 33 мм всі плоди проходять через робочу зону без відділення
кісточок, у своїй поверхні плодів можна побачити ушкодження як борозенок,
нанесені ребрами.

4.3.2. Вміст подрібнених плодів у подрібненому напівфабрикаті

Зразки подрібненого напівфабрикату піддавали аналізу і визначали
кількість плодів з подрібненою м'якоттю zізм і кісточками, що відокремилися.
Потім (2.9) розраховували вміст подрібнених плодів в обробленому
напівфабрикаті. Результати вимірювання наведено у додатку А, табл. А.1.
65
У 68 % дослідах відбувалося повне подрібнення м'якоті завантажених у
дробарку плодів, тобто у цих дослідах Сзм = 100%. Лише у 28 дослідах
спостерігалося явище проходження плодів через робочу зону машини без
подрібнення. Ці режими характеризуються великими зазорами між ребрами та
низькими швидкостями обертання ротора.
За дослідами, в яких вміст подрібнених плодів був нижчим за 100 %,
були оцінені дисперсії вимірювань. Перевірка однорідності цих вимірів за
допомогою критерію Кохрена при рівні значущості q = 5 % показала, що
виміри однорідні (табл. А.2) і можна вважати вибірками з однієї генеральної
сукупності. Середньоквадратичне відхилення результату в окремому досвіді
становить 8,1%.
Враховуючи, що вміст подрібнених плодів в обробленому
напівфабрикаті знаходиться в межах від 0 до 100 %, емпіричну залежність Сзм
шукали у вигляді рівняння
 0, если у*
1  0 
 * 
С у , если 0  у* 100
зм. =  1 1  , % (4.8)

 100, если у* 
1 100 

Основне завдання обробки експериментальних даних полягає у пошуку
функції у *
1 .
Для пошуку рівняння у *
1 методом найменших квадратів знаходили
коефіцієнти, що входять до емпіричного рівняння.
Метод найменших квадратів - значення коефіцієнтів в емпіричному
рівнянні підбирають таким чином, щоб сума квадратів нев'язок між
результатом розрахунку рівняння та експериментальними точками була
найменшою. Суму квадратів нев'язок розраховували за формулою:
 2
n k С С 
 2 = подремп подр експ
 , (4.9)
i1 5
де n - кількість експериментальних точок,
66
k – кількість вимірювань в i-тому досвіді, як правило, було 5
вимірювань;
С подр емп – вміст подрібнених плодів у i-тому досвіді, розрахований за
емпіричним рівнянням;
С подр експ - вміст подрібнених плодів в i-том досвіді, визначено
експериментально.
Зазначимо, що залежність (4.9) входить вага окремих точок,
пропорційний кількості зроблених вимірів. Якщо кількість вимірів дорівнює
п'яти, то вага точки в сумі квадратів нев'язок дорівнює одиниці.
Перевірено адекватність рівняння регресії за допомогою критерію
Фішера:

F = S2 / S2
ад (С изм точка) , (4.10)

де S2
ад – дисперсія неадекватності емпіричного рівняння;

S2
ад = ( 2 ) / fад , (4.11)

де fад – кількість ступенів свободи дисперсії неадекватності,

ni
fад = n  nкоэф. , (4.12)
5

де nкоеф – кількість коефіцієнтів у рівнянні регресії.
Рівняння визнається адекватним, якщо виконується умова:

F  Fтабл.( q, fад, fед ), (4.13)

де q – рівень важливості альтернативної гіпотези.
67
Якщо умова (4.13) не виконується, рівняння визнається неадекватним і
пошук емпіричної залежності продовжується.
У проведених дослідженнях приймали q = 5%.
Серед рівнянь досліджуваного виду ми вибирали таке, що має найменшу
кількість емпіричних коефіцієнтів. Для цього з рівняння виключали окремий
коефіцієнт, наприклад аi, методом найменших квадратів підбирали найкращі
значення коефіцієнтів, що залишилися, і перевіряли описаним чином
адекватність нового рівняння. Якщо умова (4.13) виконується, то коефіцієнт аi
визнається незначним і приймається емпірична залежність без цього
коефіцієнта. Якщо умова (4.13) не виконується, то коефіцієнт аi вважається
значущим та його відновлюють у вихідному рівнянні. Процедуру виключення
незначних коефіцієнтів продовжували коїться з іншими коефіцієнтами до того
часу, поки у емпіричному рівнянні залишалися лише значні коефіцієнти.
Першою була випробувана статична залежність виду:

у * = k d*a l *b v *c
1 гип. 1 е g v *d
Еп ,
із 5 коефіцієнтами. Здобути адекватне рівняння не вдалося.
Потім перейшли до пошуку лінійної параметричної залежності із
квадратичними членами. В результаті обробки експериментальних даних
отримали адекватне рівняння:

яке дозволяє адекватно описати всі наявні експериментальні дані про
вміст подрібнених плодів абрикоса, сливи та персика в обробленому
напівфабрикаті.
Залежність вмісту подрібнених плодів в обробленому напівфабрикаті
від швидкості ротора, отриману за рівняннями (4.14) та (4.8), та
експериментальні точки приведено на рисунку 4.12.
68

Рисунок 4.12 - Залежність вмісту подрібнених плодів у обробленому
напівфабрикаті від окружної швидкості ребер дробарки

Таким чином, експериментальні дані про вміст подрібнених плодів
абрикосу, сливи та персика в обробленому напівфабрикаті адекватно
описуються параметричною залежністю (4.8) та рівнянням (4.14). Функція у *
1
включає 11 незалежних коефіцієнтів та чотири узагальнені змінні d*, v *
Еп , v *
g ,
l *
е .

69
4.4. Вплив конструктивно-режимних параметрів дробарки на стан
кісточок в пошкоджених кісточках в подрібненому напівфабрикаті

В результаті проходження плодів через робочу зону машини в кожному
досліді експерименту визначали за формулою (2.29) як середню величину
п'яти вимірювань. При цьому до пошкоджених кісточок відносили ті кісточки,
в яких спостерігалися ушкодження шкаралупи у вигляді відділення невеликих
фрагментів, великих фрагментів та руйнування шкаралупи. Результати
вимірювання наведено у додатку Б, табл. Б.1.
Явище пошкодження кісткової оболонки спостерігається в 81% режимів
роботи досліджуваного верстата, який характеризується високою частотою
обертання ротора і невеликим зазором і відстанню між ребрами.
За дослідами, у яких вміст пошкоджених кісточок була більшою за 0 і
нижче 100 %, визначено стандартне відхилення ймовірності пошкодження
шкаралупи, яке склало S (Р повр.) = 9,5 %. Перевірка за критерієм Кохрена за
рівня значущості q = 5% показала, що виміри є однорідними (додаток Б, табл.
Б.2).
Експериментальні дані описували рівнянням
 0, если у* 
2  0
 * 
С = у2 , если 0  у* 100
повр. 2  , % (4.15)

 100, если у* 100 
2 
де у*
2 – функція конструктивно-режимних параметрів дробарки.
Основне завдання обробки експериментальних даних полягає у пошуку
функції у*
2, яка адекватно описує експериментальні дані. У процесі пошуку
функції у*
2 висувалися різні гіпотези про її вид.
Як характеристики кісточок намагалися застосувати різні безрозмірні
величини, утворені з використанням геометричних розмірів кісточки:
6m
3 к

 відносний діаметр кісточок d *
к е = ;
eр
70
 відносну висоту кісточки h *
к = hк / ер;
 відносну ширину кісточки b *
к = bк / ер;
 відносну довжину кісточки l *
к = lк / ер.

Відповідно до характеристики кісточки були випробувані три випадки:

у * * * * *
2, гип 1 = f2, гип 1 (hк , vЕк , vg , l *
е ),
у * * * * * *
2, гип 2 = f2, гип 2 (bк , vЕк , vg , lе ), (4.16)
у *
2, гип 3 = f *
2, гип 3 (l *
к , v * *
Ек , vg , l *
е ).
З досліджених параметричних моделей адекватно описує всі
експериментальні дані лише модель (4.16) із 19 незалежними коефіцієнтами. З
цієї моделі прибрали незначні коефіцієнти та остаточно отримали
критеріальну залежність:

яка містить 8 емпіричних коефіцієнтів та адекватно описує всі
експериментальні дані.
На рис. 4.16 наведено криві, розраховані залежно (4.15), з
використанням емпіричного рівняння (4.17) та експериментальні точки.
Таким чином, параметрична модель (4.15) та рівняння (4.17) адекватно
описують наявні експериментальні дані про ймовірність пошкодження
кісточок абрикоса, сливи та персика в роторній дробарці.

71
ВИСНОВКИ

1. Проаналізовано процес подрібнення м'якоті плодів.
2. Розроблено методику дослідження експерименту.
3. Досліджено механічні властивості фруктів.
4. Встановлено залежності показників якості напівфабрикату що
подрібнений від параметрів дробарки і властивостей подрібнюваних плодів.
5. Визначино вплив конструктивно-режимних параметрів на вміст
подрібнених плодів в обробленому напівфабрикаті.
6. Рекомендуються наступні параметри: для абрикоса 25 < eр < 30 мм, 4
< v <6 м/с, l = 40...55 мм; сливи – 13 < eр < 20 мм, 4 < v < 8 м/с; l = 40...80 мм;
персика – 30 < eр < 40 мм, 4 < v < 5 м/с, l = 120...170 мм.

72
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Олійников А. В. Сушіння сливових кісточок рециркуляційно-
періодичним способом / А. В. Олійников, М. Г. Спіридонова, В. М. //
Консервна та овочесушильна пром-сть. 2008. № 12. С. 24-25.
3. Анисімов І. Ф. Машини та потокові лінії для виробництва насіння ово-
щебахчових культур. Відп. ред. Г. П. Лишко. Кишинів: Штіінця, 2007. 300с.
4. Боньова Л. А. Аналітичний метод визначення відходів після
протирання /Л. А. Боньова, А. К. Дьяконова // Консервна та овочесушильна
пром-сть. - 2008. - № 9. - С. 36-38.
6. Брагінський Л. Н. Перемішування в рідких середовищах: Фізичні
основи та інженерні методи розрахунку / Л. Н. Брагінський, В. І. Бегачов, В.
М. Барабаш. Львів: Хімія, 2004. – 336 с.
7. Василинець І. М. Роторні плівкові апарати в харчовій промисловості /
І. М. Василинець, А. Г. Сабуров. К.: Вища школа, 2009. 136 с.
8. Вишелеський А. Н. Дослідження конструкції робочих органів машини
для тонкого подрібнення продуктів / А. Н. Вишелеський, В. Д. Єлхіна, П. П.
Левянт // Консервна та овочесушильна пром-сть. 2009. № 3. С. 34-36.
9. Гаврилов А. В. Визначення часу перебування плодів та продуктів
дроблення в роторній дробарці // Холодильна техніка і технологія. 2005. № 4.
- С. 101-106.
11. Гаврилов О. В. Обґрунтування режиму подрібнення плодів
кісточкових культур // Матеріали IX Міжнародної науково-технічної
конференції “Нові технології та технічні рішення у харчовій та переробній
промисловості: сьо-годіння та перспективи”, 17–19 жовтня 2005 нар. - У 2 ч. -
К.: НУХТ, 2005. - Ч. I. - С. 41.
12. Гаврилов О. В. Проблема вдосконалення технології первинної
переробки кісточкових плодів / О. В. Гаврилов, М. В. Гуртової // Тези допов.
міжву-зівської науково-практичної конференції «Проблеми техніки та
технології харчових виробництв». Полтава: ПУСКУ, 2004. С. 71-72.
73
13. Гладушняк А. К. До питання тонкого подрібнення рослинної
сировини /А. К. Гладушняк, Н. П. Липнягов, Н. І. Чумак // ОНАХТ. наук. праці.
Віп. 25. - Одеса, 2003. - С. 170-171.
15. Гладушняк А. К. Перспективи використання сит з щілинною
перфорацією для фінішування плодоовочевої сировини / А. К. Гладушняк, Н.
В. Гуртовий, Б. Д. Кузьмичов // Консервна та овочесушильна пром-сть. 2001.
№ 9. С. 17-19.
16. Намісників А. Ф. Технологія консервування тропічних та
субтропічних фруктів та овочів / А. Ф. Намісників, А. Ф. Загибалов, А. С.
Звіркова. – Київ. - Одеса: головн. вид-во вид-го об'єднання «Вища школа»,
2009. - 350 с.
17. Наремський Н. К. Про одне питання гранулометричного складу
тонко-дисперсних середовищ / Н. К. Наремський, В. С. Недранець, Б. С. Армен
// Теор. основи хім. технології. 2003. № 1. С. 130-132.
18. Остапчук М. В. Експериментальні дослідження процесу подрібнення
стеблових кормів / М. В. Остапчук, Р. І. Безпалов // ОНАХТ. наук. праці. Віп.
26. - Одеса, 2003. - С. 25-28.
19. Остапчук Н. В. Основи математичного моделювання процесів
харчових виробництв: Навч. сел. для вузів. Київ: Вища школа. Головне вид-
во, 2001. 304 с.

74

ДОДАТКИ

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets