Підвищення ефективності роботи лінії виробництва батонів та розробка обладнання

Лівий, Олексій Володимирович
Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7147
Title:	Підвищення ефективності роботи лінії виробництва батонів та розробка обладнання
Authors:	Хандюк , Микола Васильович Лівий, Олексій Володимирович
Keywords:	бродильно-формувальний агрегат;надлишковий тиск;екструзія;надлишковий тиск
Issue Date:	14-Dec-2021
Abstract:	Мета магістерської кваліфікаційної роботи полягає в дослідженні процесу виробництва батонів методом екструзії. Дослідження виконані методами фізичного експерименту та теоретичних досліджень. В роботі вирішено комплекс науково-практичних завдань спрямованих на обґрунтування процесу виготовлення батонів з пшеничного тіста, запропонована модернізована схема лінії виробництва батонів та розроблена конструкція бродильно-фармувального агрегату (БФА). Наукова новизна одержаних результатів полягає в науковому обґрунтуванні підвищення ефективності роботи лінії виробництва батонів. Практичне значення одержаних результатів полягає рекомендації впровадження нової схеми виробництва батонів з використанням розробленого бродильно-формувального агрегату на хлібопекарних підприємствах. Продовженням роботи може бути розробка робочих креслень бродильно-формувального агрегату та виготовлення досліного зразка та впровадження його на хлібокомбінаті.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7147
Appears in Collections:	133 Галузеве машинобудування (Обладнання переробних і харчових виробництв)
Files in This Item:
File	Description	Size	Format
КРМ Лівий.pdf Restricted Access	Магістерська випускна робота виконана на 97 сторінках, включає 124 формули, 28 рисунків, 1 таблицю, 24 літературні джерела та 2 додатка.	2.85 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy
Show full item record
Extracted text
1 
 
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
(повне найменування вищого навчального закладу)  
факультет Комп’ютеризованих технологій машинобудування і дизайну 
(повна назва факультету) 
кафедра Проектування харчових виробництв та верстатів нового покоління 
(повна назва кафедри) 
 
 
 
 
МАГІСТЕРСЬКА КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА 
   магістр     
(освітньо-кваліфікаційний рівень) 
 
 
на тему: “Підвищення ефективності роботи лінії виробництва батонів та 
розробка обладнання” 
 
 
 
Виконав: студент 2 курсу, групи мЗПВ-56 
спеціальності 133 – Галузеве машинобудування 
                                  (шифр і назва спеціальності) 
Обладнання переробних і харчових виробництв 
                                        (спеціалізація) 
     Лівий Олексій Володимирович 
(прізвище та ініціали) 
 Керівник      Хандюк М.В. 
                                  (прізвище та ініціали) 
Рецензент     Кармазин О.М  
              (прізвище та ініціали) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Черкаси 2021  
 
 
 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
Факультет комп’ютеризованих технологій машинобудування і дизайну 
(повна назва факультету) 
Кафедра проектування харчових виробництв та верстатів нового покоління 
(повна назва кафедри) 
Освітньо-кваліфікаційний рівень магістр 
Спеціальность 133 “Галузеве машинобудування” 
Спеціалізація “Обладнання переробних і харчових виробництв” 
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності) 
 
ЗАТВЕРДЖУЮ: 
        завідувач кафедри __________ 
        “03” вересня 2021 року 
 
ЗАВДАННЯ 
на магістерську кваліфікаційну роботу студенту 
Лівому Олексію Володимировичу 
(прізвище, ім’я,  по батькові) 
1. Тема магістерської роботи: “Підвищення ефективності роботи лінії 
виробництва батонів та розробка обладнання” 
Керівник магістерської роботи: Хандюк Микола Васильович, ст. викладач 
                                                  ( прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання) 
Затверджені наказом Черкаського державного технологічного університету від 
17 09 2021 року №284/01 
2. Строк подання студентом магістерської роботи 05.12.2021 р. 
3. Вихідні дані до магістерської роботи: технологічні інструкції; робочі 
інструкції; патенти; конструкторська документація, наукова та довідкова література 
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які потрібно 
розробити): Реферат; перелік умовних позначень та скорочень, вступ; Аналіз 
наукових і практичних проблем екструдування харчових мас; Методика проведення 
досліду; Обґрунтування впровадження лінії виробництва хлібобулочних виробів 
методом екструзії; Конструктивні розрахунки БФА; Математичне моделювання 
течії тіста в робочфй камері БФА; Загальні висновки, список літератури, додатки. 
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень): 
 Вступ; 
Машинно-апаратурна схема лінії виробництва батонів; 
Схема дослідної установки та результатів досліджень параметрів тіста; 
Дослідження впливу надлишкового тиску на процеси в робочій камері БФА  
Математичне моделювання течії тіста в камері БФА прямокутного і колового 
перерізу;  
Математичне моделювання течії тіста в камері БФА овального перерізу;  
Схема робочої камери БФА; 
Складальне креслення БФА (загальний вигляд); 
Складальне креслення БФА (розріз); 
Висновок.  
 
 
 
 
РЕФЕРАТ 
Магістерська випускна робота виконана на 97 сторінках, включає 124 
формули, 28 рисунків, 1 таблицю, 24 літературні джерела та 2 додатка. 
Мета магістерської кваліфікаційної роботи полягає в дослідженні процесу 
виробництва батонів методом екструзії. 
Дослідження виконані методами фізичного експерименту та теоретичних 
досліджень. В роботі вирішено комплекс науково-практичних завдань спрямованих 
на обґрунтування процесу виготовлення батонів з пшеничного тіста, запропонована 
модернізована схема лінії виробництва батонів та розроблена конструкція 
бродильно-фармувального агрегату (БФА). 
Наукова новизна одержаних результатів полягає в науковому обґрунтуванні 
підвищення ефективності роботи лінії виробництва батонів. 
Практичне значення одержаних результатів полягає рекомендації 
впровадження нової схеми виробництва батонів з використанням розробленого 
бродильно-формувального агрегату на хлібопекарних підприємствах. 
Продовженням роботи може бути розробка робочих креслень бродильно-
формувального агрегату та виготовлення досліного зразка та впровадження його на 
хлібокомбінаті. 
Ключові слова: батони; екструзія; фізичний експеримент; теоретичні 
дослідження; бродильно-формувальний агрегат; надлишковий тиск; технічна 
документація; продуктивність.  
  
 
 
 
ABSTRACT 
The master's thesis is made on 100 pages, includes 147 formulas, 14 figures, 11 
tables, 15 references and pages of appendices. 
The master's thesis was performed to study the process of heating the dough in the 
extraction zone by electric current and the development of a modernized production line of 
bakery products and fermentation and molding apparatus (BFA) with an improved matrix 
for dough formation. 
The aim of the research is to determine the influence of temperature on the process 
of dough formation by extrusion and to develop an extruder with heating the dough in the 
extraction zone using electrocontact heating method in combination with external heating 
of the dough in the molding zone. 
The research was carried out on an experimental installation, the forming body of 
which is a cylindrical matrix in which the dough is heated by an electric current due to its 
conductivity. 
The result was experiments on the effect of temperature on the process of dough 
formation by extrusion. During the experiments it was found that the temperature near the 
electrode is much higher than near the walls of the matrix. When heating the matrix there 
is an increase in productivity by reducing the viscosity of the dough. As a result of the 
experiments, it is seen that the heating of the dough has a positive effect on the extraction 
process. Also based on the results of experiments, the temperature fields of the harness are 
constructed from the dough along the radius of the heating surface depending on the 
temperature of the matrix and depending on the voltage when using contact heating. 
The practical significance of the results obtained in the work is to use the developed 
BFA for the production of bakery products. 
Key words: extrusion; dough, fermentation and molding unit; baked goods; matrix; 
forming node. 
  
 
 
 
 
ЗМІСТ 
Перелік умовних позначень і скорочень…………………………………….….………7 
Вступ……………………………………………………………………….…….………..8 
1. Аналіз наукових і практичних проблем екструдування харчових мас….….……..11 
1.1. Обладнання для екструдування харчових мас……………….……………….11 
1.2. Історія виникнення процесу екструзії………...........……………………..…...11 
1.3. Теоретичні основи процесу екструдування………………………………...…13 
1.4. Харчові маси як дисперсні системи……………………………...………….…14 
1.5. Пшеничне дріжджове тісто як об’єкт реологічних досліджень…………...…22 
1.5.1. Типи неньютонівських матеріалів……………..………...……………..…22 
1.5.2. Дріжджове тісто як об’єкт екстрагування……………...……………...….21 
Висновки до розділу 1……………………………………………………..……….........31 
2. Методика проведення долідження…………………………………………………...32 
2.1. Вплив тиску на процес пресування харчових мас…………………………….32 
2.1.1. Способи обробки харчових мас тиском……………………….………….32 
2.1.2. Стискуваність дріжджового тіста………………………..…………….….32 
2.1.3. Процеси, що відбуваються в робочій камері тістомісильних машин…..36 
2.1.4. Шляхи інтенсифікацфї процесу екструдування….…………….………...39 
2.2. Вплив надлишкового тиску на процеси в робочій камері екструдера............41 
2.2.1. Об’єкти і методика проведення досліджень………………….…………..41 
2.2.2. Опис експериментальної установки…………..…………….…………….43 
2.2.3. Дослідження впливу надлишкового тиску в робочій камері БФА….…..44 
Висновок до розділу 2………………………………………………………….………..48 
3. Обґрунтування впровадження бродильно-формувального агрегату 
 в ліню виробництва хлібобулочних виробів…………………………………………..50 
3.1. Загальні відомості………………………………………………….....................50 
3.2. Лінія виробництва хлібобулочних виробів з використанням екструдера..…51 
3.3. Будова та принцип дії агрегату , що розробляється…………………………..53 
Висновки до розділу 3………………………………………………………………...…56 
  
 
 
 
4. Конструктивні розрахунки бродильно-формувального агрегату.……………........57 
4.1. Розрахунок продуктивності бродильно-формувального агрегату…………..57 
4.2. Розрахунок геометричних параметрів екструдера……………………………59 
4.3. Розрахунок камери екструдера на міцність.…………………………………..60 
4.4. Розрахунок валкового нагнітача………………………….………...………….61 
4.5. Кінематичний розрахунок привода.………………..………………………….64 
4.6. Підбір і розрахунок муфти……………………………………………………..66 
Висновки до розділу 4…………………………………………………………….……..68 
5. Математичне моделювання течії тіста в робочій камері  
бродильно-формувального агрегату……………...……….............................................69 
5.1. Формулювання задачі пружнов’язкопластичності матеріалів……………….69 
5.2. Використання проекційно-сіткових рішень……………...……………………78 
5.3. Опис програми моделювання FlowVіsіon………….……….…………………80 
5.4. Обробка результатів математичного моделювання процесу 
течії тіста в робочій камері бродильно-формувального агрегату…………………….81 
Висновки до розділу 5…………………………………………………………….……..92 
Список використаних джерел…………………………………………………………..95 
Додатки………………………………………….………………………………….….....98 
  
 
 
 
 
Перелік умовних позначень і скорочень 
ЧДТУ – Черкаський державний технологічний університет 
МКР – магістерська кваліфікаційна робота 
БФА – бродильно-формувальний агрегату 
ПАР – поверхнево-активні речовини 
США – Сполучені Штати Америки 
ТУ – технічні умови 
ДСТУ – Державний стандарт України 
ГОСТ – Государственный стандарт 
ХВ – холодне формування 
ГЕ – гаряча екструзія 
ТФ – тверда фаза 
РФ – рідка фаза 
ГФ – газова фаза 
МКЕ – метод кінцевих елементів 
МКР – метод кінцевих різниць 
САПР – система автоматичного проектування 
ККД – коефіцієнт корисної дії 
МПВП – муфта пружинна втулково-пальцева 
АПК – агро-промисловий комплекс 
  
 
 
 
Вступ 
Магістерська випускна робота виконана з метою дослідження ефективності 
роботи лінії виробництва батонів. По результатам наукових досліджень, які 
виконані методами фізичного експерименту та теоретичних досліджень, 
запропонована модернізована схема лінії виробництва батонів з використанням 
розрахованої та розробленої конструкції бродильно-формувального агрегату. 
Харчова промисловість в Україні традиційно є однією з головних і найбільш 
важливих галузей АПК. Одне з провідних місць в ній займає хлібна промисловість.  
В сучасних умовах виробництва одним з основних завдань розвитку харчової 
промисловості є інтенсифікація технологічних процесів, у тому числі зміна фізико-
хімічних якостей природної сировини при впливанні на неї різними методами, та 
забезпечення при цьому якісної продукції. 
Так для вирішення цього завдання в теперішній час широке застосування 
знаходить екструзія, яка забезпечує інтенсифікацію і поглиблену обробку 
крохмалемісткої сировини при виробництві продуктів харчування. Сьогодні на 
екструдерах переробляється до 12% сировини і спостерігається тенденція до 
подальшого збільшення продукції. В зв’язку з цим в наукових роботах значна увага 
приділяється екструзійній обробці, яка має ряд переваг. 
В теперішній час процес виробництва хлібобулочних виробів включає в себе 
такі операції як поділ тіста на шматки, надання їм певної форми та вистоювання 
тістових заготовок. Всі ці операції виконуються на окремомих одиницях 
обладнання, які мають досить складну будову, складні в експлуатації, мають високу 
ціну та займають великі виробничі площі. 
Виходячи з цього доцільно спробувати впровадити в лінію виробництва 
хлібобулочних виробів екструдер, який би поєднував в собі операції поділу, 
вистоювання та формування виробів з тіста, крім того він значно простіший за 
будовою, дешевший в експлуатації, займає малі виробничі площі та може легко 
встановлюватися в автоматизовану потокову лінію. 
В сучасних ринкових умовах велику увагу приділяють виготовленню якісної 
продукції з якомога меншими витратами часу та енергії, тому дана науково-дослідна 
 
 
 
 
робота присвячена дослідженню процесу екструдування дріжджового тіста, а саме 
впливу надлишкового тиску на процеси в робочій  камері бродильно-формувального 
агрегату.  
Ціль проектування – підвищити якість хлібобулочних виробів та зменшити 
собівартість продукції. Для цього передбачається в лінію по виробництву батонів 
установити БФА. 
Актуальність дослідження. Актуальністю наукового дослідження є 
обґрунтування напрямків вдосконалення процесу виробництва хлібобулочних 
виробів методом екструзії з метою зниження енергоємності та трудомісткості 
процесу, розширення функціональних можливостей обладнання та підвищення 
показників якості.  
Мета і задачі дослідження. Метою досліджень є визначення впливу тиску на 
процес формування тіста екструзією та розробка екструдера з валковим нагнітачем з 
метою покращення процесу екструзії та покращення якості готових виробів.  
Методи дослідження. Дослідження проводили методами фізичного 
експерименту та теоретичних досліджень. Фізичний експеримент проводили на двох 
дослідних установках: на дослідній установці для дослідження параметрів стану 
дріжджового тіста під дією надлишкового тиску та дослідній установці для 
визначення впливу надлишкового тиску на процеси в робочій камері. 
Результати дослідження. Результатом роботи стало проведення дослідів по 
впливу тиску на процес формування тіста екструзією. 
На дослідній установці для дослідження параметрів стану дріжджового тіста 
під дією надлишкового тиску експеримент проводили в три етапи: 1. Виявляли 
стаціонарну залежність �� = ��(��) при об’ємному стисканні дослідного зразку тіста, 
взятого як безпосередньо після замісу, так і на різних етапах бродіння; 2. 
Отримували вказану залежність при пружному відновленні об’єму (розвантаженні 
стисненого зразка) тіста; 3. Вимірювали та розраховували об’єм газової фази, що 
знаходилась в дослідному зразку тіста; 
На дослідній установці для визначення впливу надлишкового тиску на 
процеси в робочій камері. Досліджено залежність об’єму дріжджового тіста від 
 
 
 
тиску при його стискуванні та розвантаженні: досліджена зміна об’єму тістової 
заготовки після дії на неї різних значень надлишкових тисків; визначений інтервал 
тисків, в межах яких варто проводити формування та транспортування дріжджового 
тіста. 
Об’єкт дослідження. Впливу надлишкового тиску на параметри стану 
дріжджового тіста та процеси в робочій камері БФА. 
Предмет дослідження. Дослідити вплив тиску на процес формування тіста 
екструзією, надати рекомендації щодо конструкції БФА з валковим нагнітачем. 
Наукова новизна отриманих результатів полягає в науковому обґрунтуванні і 
експериментальному підтвердженні конструкції, режимів роботи та продуктивності 
бродильно-формувального агрегату для випуску широкого асортименту 
хлібобулочної продукції методом екструзії з валковим нагнітачем та впровадження 
його в лінію виробництва батонів. 
Апробація результатів магістерської кваліфікаційної роботи: 
1. Практичне значення отриманих у роботі результатів полягає у використанні 
розробленого БФА для виробництва хлібобулочних виробів. 
2. 2. Подані тези на науково-практичну конференцію “Дні студентської науки 
ЧДТУ – 2022”: Олексій Лівий. Підвищення ефективності роботи лінії виробництва 
батонів та розробка обладнання. 
 
  
 
 
 
 
РОЗДІЛ 1 
АНАЛІЗ НАУКОВИХ І ПРАКТИЧНИХ ПРОБЛЕМ ЕКСТРУДУВАННЯ 
ХАРЧОВИХ МАС 
 
1.1 Обладнання для екструдування харчових мас 
Екструдерами називають машини в яких відбувається випресовування джгутів 
перероблюваної маси через формуючі отвори матриці. Аналіз техніки і технології 
екструдування західних країн дозволив систематизувати найважливіші типи цих 
машин і класифікувати їх по різним ознакам, що, найбільше повно відбиває сутність 
екструзійного процесу і є важливим допоміжним матеріалом при проектуванні 
сучасних екструзійних установок для вироблення нових видів продукції. 
По типу основного робочого органу екструдери підрозділяють на одно- і 
двухшнекові, багатошнекові, дискові, поршневі, валкові, гвинтові, шестеренні і 
комбіновані. Конструкції екструдерів також можуть бути класифіковані: 
1) по частоті обертання робочого органу: 
- нормальні; 
- швидкохідні; 
2) по конструктивному виконанню: 
- стаціонарні; 
- з обертовим корпусом; 
- з горизонтальним або вертикальним розташуванням робочого органа; 
3) по формі; 
4) по механічними, функціональними або термодинамічними 
характеристиками, оскільки вони впливають на хімічні і структурні характеристики 
екструдованих продуктів. Особливе значення мають такі параметри, як кількість 
теплової енергії, що утвориться в процесі екструдування за рахунок механічного 
перетворення енергії; температура під час ведення процесу; вологість маси. 
1.2 Історія виникнення методу екструзії  
Під екструзією (від лат. extrudo – виштовхування, видавлювання) розуміють 
процес випресовування вихідної сировини крізь отвори матриці з метою отримання 
 
 
 
виробів заданої форми, а також напівфабрикатів з новими фізико-хімічними 
властивостями. А машина, в якій відбувається процес – називається екструдером. 
Екструзія використовується у багатьох галузях промисловості.  
Перші екструдери були створені в 19 ст. у Великобританії, Німеччині і США 
для нанесення гутаперчевої ізоляції на електричні проводи. 
Серійне використання екструдерів почалось з ХХ ст. Одним з перших 
промислових черв'ячних екструдерів, призначеним для переробки термопластичних 
матеріалів, був сконструйований П. Трестером у 1935 р. 
У екструдері одержують головним чином вироби з термопластичних 
полімерних матеріалів, використовують їх також для переробки гумових сумішей (у 
цьому випадку екструдер часто називають шприц-машиною). За допомогою 
екструзії виготовляють плівки, листи, труби, шланги, вироби складного профілю й 
ін., наносять тонкошарові покриття на папір, картон, тканину, фольгу, а також 
ізоляцію на провіди і кабелі. Екструзію застосовують, крім того, для одержання 
гранул, формування металевих виробів і в інших цілях. 
У 1935 – 1937 рр. паровий підігрів корпусу замінили електричним. У 1937 – 39 
з’явились екструдери зі збільшеною довжиною шнеку, то був прототип сучасного 
екструдера, сконструйований перший прототип двохшнекового екструдера.  
Перший відомий черв'ячний екструдер був створений в Англії фірмою 
“Follows & Bate” у 1869 р. для виготовлення ковбас. Перший патент на екструзійну 
машину з архімедовим гвинтом був виданий M. Грію в 1879 р.  
Для виробництва харчових продуктів у макаронній і кондитерській 
промисловості в Італії і Швейцарії були виготовлені одно шнекові екструдери, 
розроблені приблизно в 1935 р., як макаронні преси безперервної дії. Вони тільки 
змішували і формували оброблюваний продукт, не змінюючи його структури. Лише 
наприкінці 40-х років почали використовувати варочний екструдер, що 
безповоротно змінював продукт унаслідок клейстеризації крохмалю . 
Дійсний “бум” розвитку техніки і технології екструдування в Європі і Новому 
Світі припав на 60-і рр. XX ст.: більш 40 фірм освоїли виробництво техніки для 
різноманітних видів сировини і вироблення продуктів з різними фізико-хімічними і 
 
 
 
 
функціональними властивостями. 
Методом екструзії отримують деяку продукцію молочної, м’ясної, рибної 
промисловості, сухі суміші для кормів, крохмалемісткі продукти (сухі сніданки, 
круп’яні палички, пластівці), макаронні, кондитерські вироби (цукерки, жувальну 
гумку, печиво), а також хлібобулочні вироби (хлібні палички, панірувальні сухарі). 
Ряд тістоподільників (ХДН, ХДР, ХДФ-Р) працюють по принципу екструзії через 
мундштук з наступним різанням тістового джгута на рівні по довжині шматки. 
Матеріал, що обробляється являє собою пластичну масу, в’язко -пружну 
неньютонівську рідину із складними реологічними параметрами, які можуть 
змінюватися у процесі обробки. Типові матеріали – тісто із пшеничного 
борошна, карамельна та ірисна маса. 
Для харчових продуктів екструзія – короткочасний  процес приготування 
харчових продуктів при високій температурі. Тривалість екструзії 30 – 90 с; 
призначення – забезпечити кращу засвоюваність різноманітних видів зерна та інших 
продуктів. Основою екструзії є об’єднання процесів змішування, варіння та 
формування виробів в одній машині. 
Екструдування сировини, що містить крохмаль – екологічно безпечний, 
ресурсозберігаючий і універсальний процес, який дозволяє одержувати добре 
засвоювані, термостерилізовані, з поліпшеними смаковими властивостями харчові 
продукти. 
1.3 Теоретичні основи процесу екструдування 
Екструзія досить прогресивний спосіб одержання якісних продуктів 
харчування. Її основні переваги полягають у гнучкості технологічних схем, високої 
продуктивності і малих габаритів екструдерів, безперервності процесу, низької 
собівартості продукції. Для виробництва екструдованих продуктів з визначеними 
функціональними властивостями застосовують три основних способи 
екструдування харчової сировини: 
1). Холодне формування (ХФ) 
При цьому мають місце тільки механічні зміни в матеріалі внаслідок 
повільного його пересування та формування матеріалу з утворенням заданих форм. 
 
 
 
Це давно відомий та достатньо вивчений різновид екструзії, прикладом його 
використання може бути заміс і формування макаронних виробів в пресах різних 
марок, формування соломки, а також формування витих і плетених хлібобулочних 
виробів у формуючих машинах з матрицями, що обертаються. Але ці технології не 
дозволяють отримувати готових до споживання продуктів. При ХФ методом 
екструзії масова частка вологи в сировині складає W = 30 – 60%; 
2). Теплова обробка та формування при низькому тиску 
В цьому випадку сухі інгредієнти сировини змішують з певною кількістю 
води і подають в екструдер, де поряд з механічною дією вони підлягають тепловій 
обробці. Додатково здійснюється нагрівання продукту зовнішніми нагрівачами. 
Продукт (екструдат), що отримується, відрізняється невеликою щільністю, 
збільшеним об’ємом, пластичністю, пористою будовою. Часто екструдату необхідна 
додаткова обробка, наприклад, підсушування. Цим методом отримують деякі види 
закусок та кондитерські вироби.  
3). Теплова обробка та формування при високому тиску 
Високотемпературне екструдування (екструзійна варка) – здійснюється при 
високих швидкостях і тисках при значному переході механічної енергії у теплову. 
Така обробка призводить до різних за глибиною змін у якісних показниках 
матеріалу. Крім того, може мати місце регульоване підведення тепла ззовні, як 
безпосередньо в продукт, так і крізь зовнішні стінки екструдера. Екструзійна варка – 
порівняно новий технологічний процес гідротермомеханічної обробки різних 
дисперсних, тістоподібних та пюреподібних продуктів. Використання його 
дозволило розширити асортимент та зробити більш дешевим виробництво деяких 
сумішей для продуктів швидкого приготування, дитячого харчування та продуктів з 
високим вмістом білку. Масова частка вологи в сировину при гарячій екструзії 
складає W = 10 – 20%, а температура перевищує 120°С. 
Метод гарячого екструдування (ГЕ)відрізняє висока швидкість процесу та 
значна дія на матеріал, що оброблюється, різних факторів: температури, вологи, 
механічних напружень. Протягом короткого часу компоненти спресовуються при 
високому тиску, нагріваються до високої температури, продавлюються крізь 
 
 
 
 
матрицю, в результаті чого волога миттєво випаровується через падіння тиску, а 
готовий продукт набуває пористої структури. 
Через високу вартість обладнання для ГЕ в Україні переважно застосовують 
установки для холодного екструдування. Особливого поширення цей спосіб набув у 
кондитерській галузі. 
При виготовленні сухарних шпал із дріжджового тіста доцільно 
використовувати холодне екструдування (при традиційній технології). проте 
можливе також використання елементів теплової обробки, що дозволить уникнути 
або принаймні скоротити час наступних операцій – випічки та сушки. 
1.4 Харчові маси як дисперсні системи 
Загальний науково обґрунтований підхід щодо створення нових технологій та 
обладнання полягає у виявленні оптимальних умов проведення технологічних 
процесів переробки різних видів харчових, зокрема кондитерських і хлібопекарних 
мас, і розробки шляхів і методів їх інтенсифікації. 
Разом з тим складною перешкодою для обґрунтування такого єдиного підходу 
є виключне різноманіття харчових мас по хімічній природі і складу компонентів, які 
їх утворюють, фізичним властивостям, призначенню, специфіці хімічних і фазових 
перетворень. Саме тому необхідно класифікувати всі види харчових мас, 
розділивши їх по основних, з точки зору умов проведення технологічних процесів, 
ознакам. По суті всі харчові маси з позицій сучасної фізичної і колоїдної хімії є 
типовими дисперсними системами. 
При всьому різноманітті дисперсних систем взагалі і харчових зокрема всі 
вони можуть бути поділені на три основних типи: 
1-й тип – двофазні системи, які містять тверду дисперсну і газову фази (ТФ – 
ГФ); 
2-й тип – двофазні системи, які містять тверду фазу в рідкому дисперсійному 
середовищі (ТФ – РФ); 
3-й тип – трифазні системи, які утворюються твердою, рідкою і газовими 
фазами (ТФ – РФ – ГФ). 
При такому розподіленні дисперсних систем, які містять тверді фази, на три 
 
 
 
типи слід, звичайно, мати на увазі, що в багатокомпонентних системах, в яких 
компоненти не утворили тверді розчини, твердих дисперсних фаз може бути 
декілька. 
Типовими представниками першого типу є всі види дисперсних порошків, які 
застосовуються, наприклад, в кондитерській промисловості: борошно, цукор-пісок і 
пудра, крохмаль, харчові кристалічні кислоти, поварена сіль, ваніль і т. д.  
До другого типу дисперсних систем відносяться всі види суспензій і паст: 
вафельне тісто, фруктове пюре, молочні продукти, карамельні сиропи, помадні і 
молочні конфетні маси, шоколадні маси і т.д. 
Дисперсні системи третього типу звичайно утворюються в результаті 
введення надлишку твердої фази в рідке дисперсійне середовище. В таких системах 
концентрація твердої фази в рідкому дисперсійному середовищі настільки велика, 
що в системі неминуче зберігається значна частина газової фази. Разом з тим 
трифазні системи можуть утворюватися в результаті введення газової фази в процесі 
приготування (отримання зефірних мас і бісквітного тіста під тиском) або за 
рахунок того, що повітря потрапляє в маси при механічному збиванні (отримання 
конфетних мас методом збивання, бісквітного тіста і тіста для здобних сортів 
печива). Трифазні системи в хлібопекарній і кондитерській промисловості 
отримуються також в результаті їх насичення і розпушення вуглекислотою в процесі 
бродіння (приготування дріжджового тіста для мучних кондитерських виробів) або 
в результаті розкладання хімічних розпушувачів, які спеціально вводяться до складу 
кондитерських мас, з виділенням ними вуглекислого газу при вистоюванні або при 
випіканні тіста в процесі приготування печива, пряників та інших виробів. За своїми 
структурно-реологічними властивостями трифазні системи, які утворюються при 
нестачі рідкого середовища і в результаті спеціального введення газової фази при її 
надлишку, суттєво відрізняються. 
При всьому різноманітті вказаних типів висококонцентрованих дисперсних 
систем з твердими фазами головна, найбільш загальна і суттєва їх ознака – 
гетерогенність, наявність поверхні поділу фаз, величина якої залежить від 
дисперсності системи. 
 
 
 
 
Так як швидкості гетерогенних хіміко-технологічних процесів пропорційні 
активній поверхні взаємодії фаз, дисперсність твердої фази – один з основних 
критеріїв, який обумовлює умови проведення цих процесів, а збільшення 
дисперсності – один з основних шляхів їх інтенсифікації. 
Розглянемо основні типи дисперсних структур. 
По характеру зв’язків між твердими частками, міцеллами і макромолекулами 
всі структури поділяються на коагуляційні, конденсаційно-кристалізаційні і змішані 
– коагуляційно-кристалізаційні.  
Найбільш розповсюдженим серед структурованих дисперсних систем є   
коагуляційні структури, причому вони переважають особливо на початкових стадіях 
формування структури різних типів харчових мас.  
Найбільш типові коагуляційні структури утворені частками твердої фази в 
рідкому дисперсійному середовищі і характеризуються порівняно слабкими по силі 
взаємодії контактами між частками. Міцність цих контактів визначається ван-дер-
ваальсовими молекулярними силами зчеплення через надтонкі прошарки 
дисперсійного середовища. Фіксована товщина цих прошарків відповідає 
мінімальній величині вільної поверхневої енергії системи. 
Коагуляційні структури утворюються в різних видах мучного тіста на 
початкових стадіях змішування муки з водою; до них відносяться шоколадні маси 
при температурі, вищій температури кристалізації, пралінові маси, творожні маси та 
інші. 
За даними теоретичних розрахунків і експериментальних досліджень, сила 
взаємодії часток дисперсної фази в коагуляційних структурах складає приблизно  
10-10 Н на контакт. Такого роду структури утворюють просторовий трьохмірний 
каркас і поділяються на компактні і рихлі дисперсні системи. Вірогідність 
утворення структур такого роду тим більше, чим більше їх дисперсність і, як 
наслідок, здатність приймати участь в тепловому броунівському русі. 
Найпростіші і найбільш розповсюджені – це рихлі дисперсні коагуляційні 
структури. Ці системи виникають вже при малих об’ємних концентраціях (менше 
1%), якщо через досить високу дисперсність число часток на одиницю об’єма 
 
 
 
системи досить велике і особливо, якщо частки анізометричні або їх поверхня 
мозаїчна. 
Розвиток таких структур, які пронизують весь об’єм, відбувається в результаті 
сприятливих броунівських співударів часток, які зв’язуються ван-дер-ваальсовими 
силами в безладну структурну сітку. В цих системах дисперсійне середовище 
утримується всередині структури, а вся система в цілому втрачає легкорухливість і з 
часом не розшаровується. 
Грунтуючись на положеннях, розвинутих П.А. Ребіндером, механічні 
властивості коагуляційних структурованих дисперсних систем обумовлюються 
сукупністю двох різних основних причин: 
1) молекулярним зчепленням часток дисперсної фази одна з одною в місцях 
контакту, тобто в місцях найменшої товщини прошарку дисперсійного середовища 
між ними. В граничному випадку можливий повний фазовий контакт. Коагуляційна 
взаємодія часток викликає утворення структур з явно вираженими зворотніми 
пружніми властивостями; 
2) наявністю надтонкої плівки в місцях контакту між частками. Зближення 
двох часток, оточених оболонками рідкого дисперсійного середовища товщиною h, 
буде здійснюватись без витрати роботи і без зміни вільної енергії лише до деякої 
відстані  = 2h. 
Починаючи з цієї відстані, між частками з’являються сили відштовхування, 
які є результатом молекулярного зчеплення рідкої фази з поверхнею часток. 
Саме в зв’язку з наявністю надтонких сталих прошарків рідкого середовища 
на ділянках зчеплення, які заважають подальшому зближенню часток, коагуляційні 
структури мають більшу пластичність, але знижену міцність порівняно з тілами з 
безпосередніми фазовими контактами між частками. 
З наявністю тонких пластифікуючих прошарків середовища пов’язана і повна 
тіксотропія коагуляційних структур – їх здатність поступово самодовільно 
відновлюватися в часі після попереднього механічного руйнування. Відновлення 
структури після механічного руйнування і, внаслідок цього, збільшення її міцності, 
відбувається не тільки у стані спокою, коли відновлення обумовлено броунівським 
 
 
 
 
зіткненням часток, але й при течії системи із швидкістю менше тої, яка обумовила 
дану ступінь руйнування початкової структури. Схильність коагуляційних структур 
до проявлення уповільненої пружності – яскраво вираженій пружній післядії 
(перерозподіл в часі пружних деформацій) – також забезпечується наявністю 
надтонких плівок. 
Виявлення пружно-в’язких властивостей, наявність зони повзучості з 
практично постійною в’язкістю, а головне – повна тиксотропна зворотність 
властивостей після зняття зсуваючих напружень – відрізняють коагуляційні 
структури від всіх інших типів дисперсних структур. 
Наслідком механічних впливів на коагуляційні структури може бути зміна 
однорідності структури і швидкості тиксотропного її відновлення.  
Головна особливість дисперсних систем з контактами коагуляційного типу 
полягає в тому, що в умовах механічних впливів їх структурно-механічні 
властивості можуть змінюватися у виключному ступені (більш ніж на 10 – 15 
порядків). Ці зміни супроводжуються проявом характерних тільки для 
коагуляційних структур особливостей: текучістю при відсутності межі міцності 
(рідиноподібні структури) або при її наявності (твердоподібні структури), 
тиксотропною зворотністю властивостей або повною її відсутністю, наявністю або 
відсутністю пластичності і еластичності. 
В ряду перехідних коагуляційних структур структури з крапковими 
контактами ближче за все підходять до конденсаційно-кристалізаційного типу 
структур з міцними фазовими контактами між частками. Перетворення 
коагуляційних структур з крапковими контактами в конденсаційно-кристалізаційні з 
фазовими контактами можливе шляхом спікання при підвищеній температурі, при 
деформації дисперсних часток з утворенням площадок дійсних контактів в 
результаті кристалізації з розплавів або з пересичених розчинів. 
Головні ознаки конденсаційно-кристалізаційних структур: 
- висока порівняно з коагуляційними структурами міцність, яка визначається 
високою міцністю самих фазових (безпосередніх) контактів між частками; 
- незворотній характер руйнування, тобто відсутність тиксотропного 
 
 
 
відновлення структури; 
- яскраво виражена пружність, дуже мала пластичність і велика крихкість 
через жорсткість контактів; 
- наявність внутрішніх пружніх напружень, які виникають в самому процесі 
утворення фазових контактів при розвитку просторової структури; 
- відсутність залишкових деформацій (повзучості). 
Утворенню конденсаційно-кристалізаційної структури передує ряд перехідних 
станів в структурах проміжного типу – коагуляційно-кристалізаційних. 
У змішаних коагуляційно-кристалізаційних структурах початкова стадія 
структуротворення характеризується переважно процесом розчинення часток 
вихідної твердої фази із зменшенням їх розміру і виникненням при підтриманні 
високого ступеня пересичення великої кількості двохмірних зародків нової фази, які 
утворюють коагуляційно-кристалізаційну структуру, що безперервно змінюється. 
Прояв тиксотропних властивостей після механічного руйнування в цих 
структурах обумовлений в основному наявністю зародків нової фази, найбільш 
мілкими і швидкорозчинними частками вихідного компоненту, уламками 
кристалічного зростку, розмір яких відповідає розміру колоїдних часток, які здатні 
здійснювати броунівський рух. 
У зв’язку з безперервною зміною у співвідношенні рідкої і твердої фази та її 
дисперсності тиксотропія таких систем відносна, так як структура, що 
відновлюється після руйнування, не може бути рівнозначною структурі до 
руйнування. 
Специфіка коагуляційно-кристалізаційних структур, які утворюються в 
харчових системах, полягає в тому, що властивості багатьох з них виключно 
відчувають вплив температурних факторів через наявність жиромістких фракцій, 
схильних до кристалоутворення. Такі структури характеризуються здатністю до 
залишкових деформацій і повзучості при тривалому навантаженні навіть в повністю 
затверділих матеріалах. У цих структур в залежності від ряду факторів переважними 
є властивості коагуляційної або кристалізаційної структури. 
В коагуляційно-кристалізаційних структурах будь-який механічний вплив на 
 
 
 
 
початковій стадії призводить не тільки до зміни однорідності  структури і кінетики 
тиксотропного відновлення, але завжди супроводжується різними незворотніми 
змінами, наслідки яких не можуть не позначитися на всіх стадіях 
структуротворення, включаючи і властивості готового продукту. 
Специфіка вимог до структури харчових виробів визначається їх 
призначенням. Серед них слід виділити два основних, загальних для всіх видів 
харчових виробів: однорідність розподілення різних фаз в об’ємі і висока 
дисперсність елементів структури. 
У відповідності із запропонованою вище класифікацією тісто для мучних 
кондитерських виробів (цукрове і затяжне) на самому початку його приготування 
відноситься до структур з коагуляційними контактами. До цієї ж групи можна 
віднести і вафельне тісто. 
Тісто для мучних кондитерських виробів являє собою складний 
багатокомпонентний, багатофазний колоїдний комплекс, який має певну структуру і 
специфічні фізико-хімічні властивості. Наявність в тісті дисперсійного середовища і 
твердих нерозчинних (або дуже мало розчинних) часток дисперсної фази – основна 
ознака колоїдних гетерогенних систем. 
Специфіка харчових мас полягає в тому, що і дисперсна фаза, і дисперсійне 
середовище, які приймають участь у фізико-хімічних процесах, досить активні. В 
процесі переробки відбувається ряд змін, пов’язаних з біохімічними і фізико-
хімічними перетвореннями. 
Так наприклад, в процесі приготування тіста для мучних кондитерських 
виробів крохмаль і білки клейковини зв’язують вологу і набухають. В результаті 
цього змінюються розміри часток дисперсної фази і співвідношення між об’ємним 
вмістом складових компонентів. 
Цукор, певним чином впливаючи на смак і колір виробів, володіє 
дегідратуючими властивостями, завдяки яким можна регулювати ступінь набухання 
білків і крохмалю муки. Тому для отримання тіста із заданими властивостями зміни 
в якості муки нівелюються зміною кількості цукру, для чого в уніфікованих 
рецептурах існує спеціальний допуск в дозуванні цукру. 
 
 
 
Жири, які вводяться в тісто, також знижують набухання колоїдів муки. 
Адсорбційно взаємодіючи із крохмалем і білками, жири блокують можливі місця 
зчеплення колоїдних часток, послаблюють взаємний зв’язок між ними і тим самим 
перешкоджають проникненню вологи. Це сприяє зменшенню еластичності і 
підвищенню пластичності тіста. 
Однак найбільша роль в процесі тістоутворення належить борошну, особливо 
білкам. Білки здатні набухати в холодній воді і утримувати значну кількість вологи. 
При достатній кількості вологи білки легко і порівняно швидко набухають, 
утворюючи дуже тонкі нитки і плівки, які оточують, зв’язують і склеюють між 
собою зерна зволоженого крохмалю. Цей клейковинний скелет надає пшеничному 
тісту певну в’язкість, еластичність і пружність. 
1.5 Пшеничне дріжджове тісто як об’єкт реологічних досліджень 
1.5.1 Типи неньютонівських матеріалів  
Уілкінсон запропонував класифікувати неньютонівські матеріали в залежності 
від виду зв’язку між напруженням і швидкістю зсуву. 
Для систем першого типу, властивості яких не залежать від часу, швидкість 
зсуву в кожній точці є деякою функцією тільки напруження зсуву в тій же точці: 
 
�� = ��(��)                                                              (1.1) 
 
Загальний вигляд кривої течії для рідин обох цих типів має вигляд 
ступеневого закону, вперше запропонованого Оствальдом: 
 
�� = ��∗
1 · ����,                                                            (1.2) 
де ��∗
1 – міра консистенції рідини, Пас-1; 
�� – коефіцієнт, пропорційний ефективній в’язкості при одиничному значенні 
градієнта швидкості зсуву; 
n – індекс течії, що характеризує ступінь неньютонівської поведінки матеріалу 
і визначається кутом нахилу лінії течії в логарифмічних шкалах. 
 
 
 
 
 
Реологічні рівняння, які використовуються на практиці, описують рідину в 
обмеженому діапазоні ��, при цьому n можна вважати сталим. Принциповою 
відмінністю між псевдопластичними і дилатентними рідинами є характер 
залежності в’язкості від швидкості зсуву. Для перших вона зменшується зі 
збільшенням ��, для других – збільшується. Відповідно індекс течії для 
псевдопластичних рідин знаходиться в межах 0 < n < 1, для дилатентних n > 1. 
Для матеріалів, які володіють дійсним або уявним граничним напруженням 
зсуву, можна застосовувати видозмінене рівняння (1.2), назване моделлю Гершеля – 
Балклі: 
�� − ���� = ��∗
1 · ����                                                        (1.3) 
 
Останній вираз знайшов широке використання при дослідженні реологічних 
властивостей напівфабрикатів хлібопекарського виробництва.  
До другої групи неньютонівських матеріалів належать тиксотропні та 
реопектні системи, властивості яких залежать від часу дії напруження. Якщо 
тиксотропний матеріал, що перебував у стані спокою, деформувати з постійною 
швидкістю зсуву, то з часом його структура буде поступово руйнуватися, а уявна 
в’язкість знижуватися. Тиксотропія є оберненим процесом, і після припинення 
деформування структура матеріалу поступово, завдяки броунівським зіткненням 
часток, відновиться. Відновлення структури відбуватиметься і при течії системи зі 
швидкістю менше тої, яка обумовила дану ступінь руйнування. Реопектним рідинам 
властиве поступове структуроутворення при невеликих швидкостях зсуву, однак 
при перевищенні певної критичної величини зсуву утворення структури не 
відбувається. 
Харчові матеріали при технологічній обробці піддаються дії зовнішніх 
навантажень, що викликають їх деформацію, внаслідок якої в матеріалі виникають 
внутрішні напруження. Деформаційні властивості всіх матеріалів можуть бути 
віднесені до одного з наступних основних з досліджуваних типів: пружність; в’язка 
течія; пластичність. Це одне з головних положень реології. 
 
 
 
Для рельних матеріалів деформаційні властивості, що мають практичне 
значення, часто є доволі складним сполученням вказаних трьох видів деформації. 
Окрім того, такі фактори, як біохімічні процеси, тиксотропія (від грец. thixis-дотик и 
trope-поворот, зміна), оборотня зміна фізико.-механічних. властивостей полімерних 
та дисперсних систем при механічному. впливі в ізотермічних умовах.), 
ускладнюють точне визначення практично важливих властивостей матеріалу на 
основі реологічних уявлень. Навіть при незначних деформаціях, відношення між 
пружніми, в’язкими та пластичними компонентами деформації не зберігається 
постійним, і в матеріалі відбувається процес що розвивається з часом – релаксація 
(розсмоктування) напружень. Під час цього процесу відбувається зниження та 
врівноваження внутрішніх напружень внаслідок поступового переходу пружньої 
частини деформації в пластичну. 
Більш складні системи, які володіють властивостями як твердого тіла, так і 
рідини, називають в’язкопружними і відносять до третьої групи неньютонівських 
рідин. Вони проявляють і пружне відновлення форми, і в’язку течію. Математичний 
опис поведінки таких систем хоча і не є досконалим, все ж досить точно відображає 
процеси, що в них відбуваються. Одне з перших рівнянь для опису властивостей 
твердо-рідких матеріалів було запропоновано Максвеллом: 
 
���� 1 ���� ��
= · +                                                          (1.4) 
���� �� ���� ��
 
Припустивши, що деформація постійна, і проінтегрувавши (1.4), отримаємо 
рівняння, назване експоненційним законом релаксації напружень: 
 
�� = �� · ��−��⁄
1 ��                                                            (1.5) 
де �� – початкове напруження, Па; 
��1 – початкове і поточне значення напруження, Па; 
�� – основа натурального логарифма, �� ≈ 2,72; 
�� – час, с; 
�� – період релаксації, с 
 
 
 
 
Період релаксації розраховується по формулі: 
 
��
�� =                                                                  (1.6) 
��
 
Період релаксації T, за який напруження зменшується в �� разів, характеризує 
швидкість релаксації внутрішніх напружень, утворених в зразку під час деформації. 
Для тіста його величина вимірюється секундами або хвилинами. Якщо тривалість дії 
сили менше періоду релаксації, енергія, яка підводиться до системи, викликає 
пружні деформації по всьому об’єму, інакше процес відбувається з накопиченням 
енергії, що призводить до залишкових деформацій. Для структурованих систем 
період релаксації не є сталою величиною, а залежить від напруження зсуву, і ця 
залежність нелінійна. 
1.5.2 Дріжджове тісто як об’єкт екстрадування 
Пшеничне дріжджове тісто з борошна вищого ґатунку є складною 
гетерогенною колоїдною дисперсною системою. З точки зору реології виброжене 
пшеничне тісто характеризується як пружньо-в’язко-пластичний матеріал, з 
притаманним йому невеликим граничним напруженням зсуву та залежністю 
в’язкості від швидкості деформації. 
Якщо розглядати фактори, які впливають на пористість хлібу, перш за 
все необхідно сказати про вибір пшениці. На борошномельних 
підприємствах - перевагу надають скловидним сортам пшениці з твердим, 
щільним ендоспермом. Скловидне зерно в середньому дає більший вихід 
борошна, підвищену вуглеводно-амілазну активність. Як правило, існує 
позитивний зв'язок між скловидністю і хлібопекарськими властивостями. 
При випіканні з високоскловидних м’яких сортів пшениці хліб одержують 
більшого об’єму, ніж з низькоскловидних. Але підвищена скловидність 
засвідчує хороші технологічні властивості тільки за умови, якщо зерно 
дозрівало і наливалося при нормальній температурі.  
Відомо, що під час замісу тіста до нього потрапляє деяка кількість 
повітря у вигляді невеликих бульбашок. Хліб, який випечений з такого, не 
 
 
 
розрихленого дріжджами тіста, має невелику пористість. Значно більше 
розрихлення тіста і хлібу досягається за рахунок вуглекислого газу, який 
виділяється діоксидами при бродінні. Однак вважається, що вуглекислий газ, 
який виникає за рахунок дріжджів, не може створювати нових бульбашок у 
тісті, а лише збільшує об’єм бульбашок повітря, які виникли під час замісу 
тіста. При високій швидкості замісу тіста розмір бульбашок зменшується, а 
кількість навпаки – збільшується, що є причиною кращої якості м’якіша 
хлібу і більш рівномірної і тонкостінної структури його пор.  
Однією з задач замісу є отримання оптимальної газоутримуючої 
здатності тіста, обумовленої його реологічними властивостями.  
Завдяки постійному утворенню вуглекислого газу і збільшенню таким 
чином об’єму, дріжджове тісто є двояко напруженою системою. Кількість і 
розміри бульбашок в тісті залежать від енергії і швидкості бродіння 
дріжджів, структурно-механічних властивостей тіста, його газопроникністю.  
Величина бульбашки вуглекислого газу, яка утворюється при бродінні, 
у певний момент часу буде залежати від рівноваги розтягуючих:  
 
���� = �� · ��2 · ��                                                            (1.7) 
та стискуючих зусиль: 
���� = 2 · �� · �� · ��,                                                          (1.8) 
де �� – відношення окружності до діаметра; 
�� – радіус бульбашки; 
�� – надлишковий тиск; 
�� – поверхневий натяг. 
 
З вище зазначених рівнянь можна вивести наступне:  
 
2 · ��
�� =                                                                (1.9) 
��
 
Дане рівняння демонструє, що у початковий момент утворення газової 
бульбашки, коли її розміри досить малі, величина надлишкового тиску 
 
 
 
 
повинна бути значною. Сусідство бульбашок газу різного радіусу повинно 
супроводжуватися дифузією СО2 крізь стінки у направленні від більшого 
тиску до меншого і вирівнюванням його. При наявності визначеного 
надлишкового тиску і середнього розміру газових бульбашок за законом 
Стокса можна підрахувати, знаючи в’язкість тіста, швидкість їхнього 
підйому. Згідно цьому закону сила,  піднімаюча бульбашки газу: 
 
4
���� =                                            (1.10) 
3 · �� · ��3 · g · (��2 − ��1)
 
перевищує силу їхнього тертя: 
 
���� = 6 · �� · �� · �� · ��                                                    (1.11) 
де: �� – поверхневий натяг; 
�� – радіус бульбашки; 
g – константа гравітації; 
��2  – щільність тіста; 
��1  – щільності газу; 
�� – відношення окружності до діаметра; 
�� – ефективна структурна в’язкість тіста;  
�� – швидкість вертикального руху бульбашок газу у тісті  
 
З двох останніх рівнянь можна знайти значення величини швидкості:  
 
2 · g · ��2 · (��2 − ��1)
�� =                                               (1.12) 
9��
 
Дане рівняння має велике практичне значення, тому що дозволяє 
встановити залежність швидкості збільшення об’єму тіста, яке бродить від 
його щільності і в’язкості, розміру окремих пор.  
При наявності в тісті сусідніх пор, що мають різні розміри і тиск газу, 
починається розрив його стінок і, як наслідок, злиття пор.  
Теоретичними дослідженнями реологічних характеристик тіста і 
 
 
 
експериментальною перевіркою встановлена динаміка розвитку пористості 
тістової заготовки і, як наслідок, м’якішу хлібу. У перші хвилини 
вистоювання, в результаті спиртового бродіння навколо дріжджових клітин 
виникають бульбашки вуглекислого газу, які з часом збільшуються  в об’ємі. 
Таких центрів газоутворення в тістовій заготовці дуже багато. Якщо 
газоутворення продовжується, то об’єм бульбашок збільшується, а товщина 
стінок зменшується. Коли вона досягає критичної величини, стінка 
руйнується. У результаті злиття бульбашок, які знаходяться поряд, виникає 
пора більшого об’єму зі стінками, товщина яких більша ніж критична. Такий 
процес утворення й руйнування пор при розрихлені тіста багаторазово 
повторюється. Тобто можна стверджувати, що товщина стінок пор у різні 
періоди вистоювання тіста є величиною постійною. Це дозволяє вважати 
товщину стінки пори однією з найважливіших характеристик якості тіста, 
яка є основним показником його пористості при звичайній швидкості 
розрихлення. 
Стінка пори знаходиться, в основному, під дією трьох напружень: 
1. Напруження, що виникають у результаті впливу сили поверхневого 
натягу на поверхні розділу фаз “тісто – газ”. Ця сила надає порі сферичної 
поверхні і обумовлює тиск газу в середині пори. Напруження знаходиться за 
формулою: 
��1,2
�� =                                                               (1.13) 
��
 
2. Напруження, що виникають в результаті “бажання” пори піднятися 
по рідині за законом Архімеда, тобто за рахунок відмінності питомої маси 
газу і тіста. У результаті математичного опису цього  процесу отримана 
наступна рівність: 
�� · ��2
��1 =                                                            (1.14) 
��
де: �� – радіус пори, м; 
�� – питома маса пружної частини тіста, кг/м3 
 
 
 
 
3. Напруження, які виникають в результаті розтягування пори, під дією 
безперервного газоутворення, і поступовим збільшенням її об’єму. 
Формалізація цього фізичного процесу дозволила вивести наступну 
формулу: 
�� · ��р · ��2
�� · ����
��3 =                                                             (1.15) 
2 · ��3
де: ���� – початковий радіус пори 
 
Якщо всі виникаючі при цьому напруження у стінках пор звести у суму 
і зробити необхідні перетворення, то можливо отримати наступну формулу 
для визначення критичного діаметра бульбашки:  
 
�� · �� 2 2
кр �� · ��кр 2 · �� · (�� 2
1,2 − �� · �� )
��кр = · √ −                    (1.16) 
�� · �� · �� 2 2 2
р �� · �� · ��р �� · �� · ��р
 
Рішення кожного з приведених рівнянь і загального рівняння при 
різних реологічних характеристиках тіста показує, що товщина стінки пори, 
у момент розриву, знаходиться головним чином двома величинами: 
поверхневим натягом на границі розділу фаз “тісто -повітря” і границею 
міцності ��кр. 
Виникнення пор у динаміці підтверджує, що товщина стінки пори 
формується у перший період вистоювання, а при розвитку пористості 
відбувається тільки об’єднання і перегрупування газу у більш крупні пори з 
попередньою товщиною стінки. Складові тіста можна об’єднати в три групи, що 
утворюють відповідні фази: рідку, тверду і газову: 
- Рідку фазу представляє вода, яка може перебувати в тісті у вільному і 
зв’язаному станах, маючи різні форми зв’язку з рештою інгредієнтів. Кількість її для 
замісу визначається рецептурним складом виробів і коректується з урахуванням 
гідрофільних властивостей компонентів зерна. Залежно від виду та сорту виробів, 
способів технологічної обробки, вологість борошняного тіста може досягти значної 
величини. 
 
 
 
- Газова фаза дріжджового тіста формується як за рахунок повітря, що 
вноситься ще до початку замісу з борошном і не значною мірою з водою, а також 
під час замісу завдяки його захоплюванню і утримуванню, так і за рахунок 
газоподібних продуктів, утворених в результаті бродіння.  
- Газоподібні продукти, що утворилися в тісті при бродінні, розчиняються у 
вільній воді, адсорбуються на поверхнях молекул гідрофільних полімерів, а їх 
надлишок в тісті призводить до утворення пухирців газу, стінки яких утворені 
поверхнево - активними речовинами (ПАР). 
Пористу структуру тіста одержують методом біологічного розпушення. Цей 
метод передбачає розпушення тіста під дією діоксину вуглецю, що виділяється в 
результаті спиртового і частково молочнокислого бродіння.  
Дріжджі зброджують спочатку глюкозу і фруктозу, а потім сахарозу і 
мальтозу, які попередньо перетворюються у моносахариди. 
На інтенсивність бродіння впливають наступні фактори: температура і 
вологість тіста, наявність іонів калію, магнію, сульфатів, фосфатів, вітамінів, 
бродильна активність дріжджів, склад рецептури, інтенсивність замішування тіста, 
наявність в тісті ферментних препаратів та значення тиску. Процес газоутворення 
прискорюється при додаванні ферментних препаратів, підвищенні температури з 27 
до 35 ˚C, та при інтенсивному замішуванні. 
В екструдері розрихлене дріжджове тісто стискається, до необхідного об’єму, 
а при проходженні через матрицю, знову набуває первинного стану. Питання постає 
у впливі вуглекислого газу при бродінні тіста на процес екструзії. Стискання 
вуглекислого газу іноді пов’язують з абсорбційними процесами. А саме, СО2 
поглинається водою, що входить до рідкої фази тіста. Розчинення СО2 у воді 
супроводжується дисоціацією утвореної Н2СО3. 
Збільшення об’єму пухирців пов’язано з дифузією СО2 через стінки пор в 
напрямку від більшого надлишкового тиску, характерного для пухирців малих 
розмірів, до меншого тиску, в результаті чого відбувається його вирівнювання. Для 
того, щоб пухирець почав збільшуватися в розмірах різниця тисків всередині та 
ззовні нього повинна перевищувати руйнівні сили поверхневої напруги та сил 
 
 
 
 
в’язкості, тобто: 
2 · �� ��
△ �� = + 4 · �� ·                                               (1.16) 
���� ����
де  △ �� – різниця тисків всередині та ззовні пухирця, Па; 
�� – поверхнева напруга, Н/м 
���� – критичний радіус пухирця, м 
����
�� – швидкість зміни пухирця, м/с, �� =  
����
 
Подальше збільшення кількості та об’єму газових пухирців викликає 
зменшення товщини їх стінок, їх руйнування, злиття пор і видалення газу з поверхні 
тіста. Це можливо при наявності в тісті сусідніх пор з різними розмірами і тиском 
газу. Відносний вміст твердо-рідкої та газової фаз в тісті значно впливає на його 
структурно-механічні властивості. Так, збільшення кількості газоподібних 
продуктів і вологості тіста робить його структуру більш пористою, зменшуються 
міцносні характеристики і питома вага. 
Висновки до розділу 1 
Наслідком використання екструзійної технології є раціоналізація витрат 
економічних ресурсів, яка досягається заміною одним екструдером цілого 
комплексу машин і механізмів, необхідних для виробництва харчових продуктів. 
Особливістю цього процесу є його універсальність щодо використання сировини і 
різноманітності кінцевих продуктів. Виробництво широкого спектру продуктів 
базується, перш за все, на конструктивних особливостях екструдерів, що дозволяє в 
широких межах змінювати інтенсивність та тривалість оброблення сировини і дає 
можливість одержувати готові продукти з різними властивостями та структурою без 
значних матеріальних витрат. Підбір композицій різної сировини, зміна умов її 
оброблення сприяють розширенню асортименту екструзійних харчових продуктів. 
В розділі розглянуто: обладнання для екстрагування харчових мас; історія 
виникнення методу екструзії; теоретичні основи процесу екстрадування; харчові 
маси як дисперсні системи; пшеничне дріжджове тісто як об’єкт реологічних 
досліджень.  
 
 
 
РОЗДІЛ 2 
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ДОЛІДЖЕННЯ 
 
2.1 Вплив тиску на процес пресування харчових мас 
2.1.1 Способи обробки харчових мас тиском 
Пресуванням зветься процес обробки матеріалів зовнішнім тиском, під дією 
якого відбувається зміна їх властивостей. Пресування використовується як для 
створення однорідних систем, так і для їх розділяння. Розрізняють такі види 
пресування: відтискання; формування; пресування, екструзія. 
Відтискання – це процес відділяння рідини від вологомістких продуктів. 
Використовується для відділяння рідин як більш цінного компонента (отримання 
соків), так і менш цінного компонента (відділяння сироватки від сиру).  
Формування (штампування) – це процес надання продукту певної 
геометричної форми.  
Пресування (брикетування) – це процес, що призначений для ущільнення 
сипких матеріалів або яких-небудь розрізнених частинок у щільні агрегати за 
допомогою зв'язуючих рідин та відповідного тиску. 
Екструзія – це процес протискання матеріалу крізь профілюючі головки при 
відповідних температурі й тиску з наданням продукту необхідної форми. Отримані 
при цьому продукти мають підвищені поживні властивості, меншу густину, більшу 
гігроскопічність і крихкість. 
2.1.2 Стискуваність дріжджового тіста 
Починаючи з робіт Скот-Блера та Шифельда при вирішені завдань, пов’язаних 
з текучістю тіста, вважалось, що воно є середовищем не стискуваним, для котрого 
справедливим є: 
���� ���� ����
+ + = 0                                                      (2.1) 
���� ���� ����
 
Проте це положення не знаходить експериментального підтвердження. При 
формозміні в тісті порушуються структурні зв’язки, ступінь порушення яких 
 
 
 
 
визначається величиною зусилля зовнішньої дії (тиск). Внутрішній опір матеріалу 
(в’язкість) не є постійним. 
На віскозиметрі проведені досліди реологічних властивостей тіста з борошна І 
сорту, їх залежність від тиску при його зміні від 0 до 0,5 МПа. Для дослідів 
використовували тісто вологістю 45,5%, температурою 28°С, кислотністю 3 – 4°, час 
розстою 35 хв. 
Експериментальні дані показали, що тісто володіє аномальною в’язкістю. 
Подальше збільшення швидкості призводить до руйнування структури та майже не 
впливає на зміну в’язкості. Проте обробка тіста при таких швидкостях зсуву може 
негативно впливати на хлібопекарні властивості тіста і випеченого з нього хліба. 
Тихоміровим Я. В. та Тульським Н.В. були проведені дослідження по 
визначенню зсуву тіста з борошна І та ІІ ґатунку та житнього шпалерного, де був 
використаний ротаційний віскозиметр. Отримані результати показали, що 
напруження зсуву пшеничного тіста є величина не постійна, яка залежить від тиску: 
зі збільшенням �� спостерігалось збільшення ��. В інтервалі �� від 0 до 7,82·105 н/м2 
(до 8 кг/см2) цю залежність вони вважають лінійною: 
 
�� = ��0 + �� · ��,                                                           (2.2) 
де ��0 – напруження зсуву тіста при атмосферному тиску, н/м2; 
�� – тиск, н/м2; 
�� – коефіцієнт, що залежить від вологи повітря та гатунуку борошна. 
 
Проте найбільш цікавою, з точки зору практичного використання отриманих 
результатів, є робота Мачихина С.А. та Михайленка В.Г. “О сжимаемости теста” в 
якій досліджували поведінку дріжджового тіста під дією на нього надлишкового 
тиску. Досліди проводили на спеціально сконструйованій установці (рис. 2.1), що 
складалась з циліндричної камери 1, деформуючого поршня 2, та індикатору 
часового типу 3. Навантаження на матеріал здійснювали з допомогою вантажів 4, 
під дією маси яких поршень опускався, що призводило до зміни об’єму дослідного 
матеріалу. Хід поршня вимірювали з допомогою індикатора. 
 
 
 
 
Рис. 2.1 Схема дослідної установки: 
1 – циліндрична камера; 2 – деформуючий поршень; 3 – індикатор часового 
типу; 4 – вантаж 
 
Експеримент проводили в три етапи: 
1. Виявляли стаціонарну залежність �� = ��(��) при об’ємному стисканні 
дослідного зразку тіста, взятого як безпосередньо після замісу, так і на різних етапах 
бродіння; 
2. Отримували вказану залежність при пружному відновленні об’єму 
(розвантаженні стисненого зразка) тіста; 
3. Вимірювали та розраховували об’єм газової фази, що знаходилась в 
дослідному зразку тіста; 
Закономірність стискання тіста [�� = ��(��)] визначали наступним чином. 
Циліндричну камеру з тістом встановлювали на столик приладу під 
деформуючий поршень, дослідний матеріал стискався в циліндрі вантажем. В 
 
 
 
 
процесі досліду загальну масу вантажу збільшували щоразу на 500 г та досягли 
загальної – 7000 г. 
Вимірювання ходу поршня та наступне збільшення навантаження проводили 
після його зупинки на певному рівні. Реєстрували величину навантаження та 
глибину опускання поршня. Тиск, що утворювався визначали за формулою: 
 
��
�� = ,                                                                (2.3) 
��
де �� – величина навантаження, кг; 
�� – площа поршня, см 2 ; 
 
В результаті математичної обробки отриманих експериментальних даних 
отримані три емпіричні формули, що описують процес стискання: 
 
�� · ��37,2 = 0,83 · 1055,                                                   (2.4) 
 
�� · ��18 = 0,18 · 1027,                                                    (2.5) 
 
�� · ��17,89 = 0,977 · 1026.                                               (2.6) 
 
Отримані: 
- залежність lg �� = ��(lg ��) для сушечного тіста з різним відсотковим вмістом 
газової фази (6,65%, 11,8%, 15%); 
- розрахункові та експериментальні дані стиснення дріжджевого тіста; 
- криві стиснення та розвантаження дріжджевого тіста 
Однак, отримані експериментальні дані вже не можуть задовільнити необхідне 
теоретичне підгрунття постійно зростаючому інтересу до екструзійної технології 
для виготовлення хлібобулочних виробів. Адже досліди проводились під 
незначними тисками (від 0,01 до 0,125 МПа), які відповідають лише тискам, що 
використовуються в тістоподільних машинах, та й сама дослідна установка досить 
громіздка, що могло дати похибки на результати досліджень. 
2.1.3 Процеси, що відбуваються в робочій камері тістоподільних машин 
Складність процесів поділу та формування борошняного тіста зумовлена його 
 
 
 
специфічними властивостями: липкістю, пружністю, еластичністю та пластичністю. 
При поділі та формуванні вибродженого (хлібного) та прісного (макаронного) тіста 
відбуваються різні процеси. Основна відмінність зумовлена специфічністю 
властивостей збродженого тіста, що має капілярно-пористу структуру, в порах якої 
утримується достатня кількість газоподібних продуктів бродіння. При поділі та 
формуванні таке тісто втрачає значну частину газів, зменшується в об'ємі, 
ущільнюється. Звичайно при поділі хлібне тісто стискується до 0,5 МПа і більше. 
Процеси, що відбуваються в робочих камерах тістоподільників, мають специфіку: 
вони здійснюються циклічно за порівняно короткий час, що обчислюється секундами 
або їх частками. Тому при аналізі треба враховувати лише ті процеси, які за час 
робочого циклу подільника істотно впливають на властивості тіста або сам процес. 
Бродіння тіста проходить дуже повільно і тому на цій операції не враховується. 
Короткочасний вплив тиску та механічного перемішування, які мають місце в робочій 
камері тістоподільника, істотно впливають на структуру, фізико-механічні властивості 
тіста та характер наступного його бродіння. Вони є визначальними факторами при 
виборі параметрів тістоподільника. 
До останнього часу при розгляді робочого процесу тістоподільної машини 
звертали увагу здебільшого на один бік процесу: вплив тиску в робочій камері на 
точність поділу тістових заготовок. На сьогоднішній день все більше уваги 
звертають на істотний вплив процесів, що відбуваються в робочій камері, на зміну 
властивостей тіста на наступних етапах технологічного процесу: вистойці та 
випіканні. 
При дії тиску на виброджене тісто в ньому зменшується об'єм газової фази та 
проходить поглинання частини газу тістом, а при одночасному інтенсивному 
механічному перемішуванні газові бульбашки поділяються на менші, що сприяє 
утворенню рівномірної мікропористої структури та видаленню великих бульбашок. 
Така структура спроможна краще утримувати газове середовище на наступних 
етапах технологічного процесу. 
При стисненні тіста в закритому об'ємі воно виявляє властивості пружності за 
рахунок в основному газової фази та частково – пружного білкового скелету. З 
 
 
 
 
підвищенням тиску при стисненні відбувається часткове поглинання та розчинення 
мікровключень газів, тобто зменшення газової фази, яка в основному визначає 
стиснутість тіста при зростанні тиску. 
Зброджене тісто після будь-якої механічної обробки (поділу, округлення, 
обкатування) має приблизно постійну об'ємну масу, яка значно нижча, ніж для 
свіжезамішеного тіста. Розпушування тіста до розподілу потрібне не тільки для 
збільшення його об'єму, а й для нагромадження смакових та ароматичних речовин. На 
отримання добре розпушеного кінцевого продукту – хліба в основному впливає 
накопичення газового середовища після закінчення механічного впливу на тісто, тобто 
розподілу та формування. Розпушене тісто після будь-якої механічної обробки легко 
втрачає деяку частину газового середовища та достатньо міцно утримує іншу її 
частину. Тому при збільшенні тиску понад 0,5 МПа стиснутість тіста різко знижується, а 
далі воно поводить себе як тверде тіло. 
Для розрахунку процесу стиснення тіста в робочій камері тістоподільника 
необхідно мати рівняння стану вибродженого тіста, яке відбиває функціональний 
зв'язок між питомим об'ємом та тиском, що прикладається до тіста, яке знаходиться в 
замкненому просторі при постійній температурі. Отримати таке рівняння аналітичним 
шляхом, як це робиться в термодинаміці для газових сумішей, неможливо, оскільки 
тісто, яке надходить в тістоподільну машину, має не однофазну, а багатофазну 
композицію, що складається з твердих структурованих частинок: борошна, 
підкисленої вологи та газового середовища, котре включає діоксид вуглецю, етиловий 
спирт, повітря, летючі кислоти та ін. Діаграма реальної залежності �� = ��(��) 
представлена на рис. 2.2. 
Об'ємна маса хлібного тіста після замісу �� = 1100 – 1180 кг/м3, в кінці бродіння 
перед розподілом �� = 820 – 900 кг/м3, після розподільника �� = 1040 – 1090 кг/м3. 
Стисненню тіста в замкненому об'ємі присвячено багато праць, однак всі вони 
проводились на різних приладах, за різними методиками протягом останніх 40 років. 
За цей час значно змінились технологічні прийоми та обладнання. Зараз тісто готують 
із застосуванням інтенсивного замісу та скороченого періоду бродіння, а також із 
додаванням ферментних, поверхнево активних препаратів та ін. 
 
 
 
�� · 10−3, кг⁄м3 
 
�� · 105, Па 
Pис. 2. 2 Залежність �� = ��(��) для: 
1, 2 – тіста пшеничного з борошна І гатунку, яке пройшло і не пройшло 
тістоподільник А2-ХТН, ���� = 42,8 %, �� = 28 0�� C; 
3 – тіста з пшеничного борошна II гатунку для формового хліба, ���� = 47,8 %, 
���� = 27 0C; 
4, 5 – тіста, яке пройшло і не пройшло тістоподільник ХДФ-2М для хліба 
українського, ���� = 47,8 %, ���� = 27 0C; 
 
Для математичного запису функціональної залежності тіста деякі автори 
пропонуют рівняння стану у вигляді: 
 
����(��) = ����������,                                                          (2.7) 
де �� – об'єм газу; 
�� – тиск. 
 
Принципово такий запис рівняння стану слушний тільки для ідеального газу, а 
 
 
 
 
для реальної складної багатокомпонентної системи він не підходить, оскільки газ 
займає в тісті тільки невелику частку об'єму (15 – 20%) і знаходиться у вигляді мікро- і 
макробульбашок розосереджених у капілярній системі тіста, а також 
міжмолекулярному просторі і під тиском може змінювати фазовий стан. 
Математична обробка експериментального матеріалу дозволила отримати 
рівняння стану при �� = ���������� для основних сортів хлібного тіста: 
а) для тіста з пшеничного борошна І гатунку при вологості W= (43,0 ± 0,2) %: 
 
(�� + 0,4/��2)(�� − 6,7 · 10−4) = 140,                                    (2.8) 
де �� – питомий об'єм газу. 
 
б) для тіста з пшеничного борошна II гатунку при вологості W= (43,0 ± 0,2) %: 
 
(�� + 0,4/��2)(�� − 7,6 · 10−4) = 72,2                                     (2.9) 
 
в) для тіста з житньо-пшеничного борошна, виготовленого за рецептурою хліба 
українського нового, при вологості W = (46,5 ± 0,2) %: 
 
(�� + 0,4/��2)(�� − 7,1 · 10−4) = 122                                    (2.10) 
 
Максимальна похибка розрахунків за цими рівняннями не перевищує 1,5 ± 2,8 
%. Діаграма визначення коефіцієнта стискування тіста по величині робочого тиску 
���� зображена на рис. 2.3.  
2.1.4 Шляхи інтенсифікації процесу екструдування 
Одна з найбільш актуальних і загальних проблем сучасної техніки і технології 
– проблема інтенсифікації та оптимізації процесів. Тому метою наукових 
досліджень, що проводяться в галузі формування виробів екструзією, є пошуки 
шляхів збільшення швидкості протікання процесів, підвищення продуктивності 
обладнання, покращення якості виробів і зменшення матеріальних витрат при їх 
виробництві. Вирішувати ці питання можна різними шляхами, впливаючи з одного 
боку на властивості матеріалу, що формується, а з іншого – на конструкцію 
формуючого обладнання.  
 
 
 
�� · 10−5
�� , Па 
 
��,м3⁄кг 
Рис. 2.3 Діаграма визначення коефіцієнта стискування тіста по величині 
робочого тиску ���� з: 
1 – пшеничного борошна І гатунку; 2 – житньо-пшеничного борошна; 3 – 
пшеничного борошна II ґатунку 
 
До основних способів впливу на тісто, що екструдується, належать: 
1. Зміна складу та структури тіста, що досягається додаванням відповідних 
інгредієнтів і зміною вологості напівфабрикатів. 
2. Фізичний вплив на напівфабрикат (механічний (як правило, його 
стиснення), термічний, електричний і магнітний). 
Спектр виробів, які виготовляються екструзією, досить широкий, різноманітна 
і сировина. Для забезпечення гладенької, без огрубіння, поверхні, бажано 
використовувати напівфабрикати з невисокими значеннями пружності і в’язкості. 
При цьому, поряд зі зменшенням опору тіста при його видавлюванні через 
формувальний канал, зменшується розповсюдження в ньому пружних коливань, що 
виникають при терті матеріалу об тверду поверхню стінок каналу. Між цими 
збуреннями низької частоти і порушенням цілісного режиму течії, а відповідно, 
 
 
 
 
виникненням огрубіння поверхні, існує тісний взаємозв’язок. Таким чином, для 
коригування органолептичних показників готової продукції і швидкості 
випресовування можна рекомендувати при можливості дещо збільшувати вологість 
напівфабрикатів і варіювати кількість цукру і жиру.  
Широкого застосування знаходять фізичні методи інтенсифікації, особливо 
механічний вплив на матеріал – застосування тиску, вібраційний і ультразвуковий 
методи.  
Більшість вітчизняних способів приготування напівфабрикатів передбачають 
бродіння у відкритих ємностях, які контактують з атмосферою, а значить, пов’язані 
з втратою діоксиду вуглецю і летких речовин. І чим триваліший процес бродіння, 
тим більші втрати сухих речовин. Встановлено, що накопичення потрібної 
кислотності у тіста, яке бродило під надлишковим тиском 0,1 МПа, відбувалося 
значно швидше порівняно з традиційною технологією. Виходячи з цього, 
використання технології бродіння тіста під тиском в замкненому об’ємі дозволяє 
скоротити витрати сухих речовин і прискорити процес бродіння. 
Деякі з перерахованих методів інтенсифікації використані при створенні 
бродильно-формуючого агрегату, а саме: суміщення двох операцій в одному 
агрегаті, застосування технології бродіння тіста у закритій ємності під тиском, 
використання формуючих елементів оптимального профілю, виготовлених з 
матеріалу із яскраво вираженими антиадгезійними властивостями. Як наслідок, 
вдається досягти скорочення часу технологічного процесу, зменшення виробничих 
площ і вартості устаткування при забезпеченні високої продуктивності і збереженні 
якості готових виробів. 
2.2 Вплив надлишкового тиску на процеси в робочій камері екструдера 
2.2.1 Об’єкти і методика проведення досліджень 
Дослідження проводилися з дріжджовим пшеничним тістом при зміному 
тиску, який створювався за допомогою компресора. Вивчались вплив надлишкового 
тиску на бродіння тіста, зміни тиску в об’ємі тіста при його бродінні в закритій (під 
тиском) та відкритій ємностях та зміни об’єму вибродженого тіста під різним 
навантаженням. Досліди проводили з допомогою експериментальної установки.  
 
 
 
Тісто готувалось безопарним способом ���� = 38 ± 44 % із пшеничного 
борошна вищого ґатунку із середніми хлібопекарськими властивостями по 
стандартній рецептурі. Тісто виброджувало в термостаті протягом 30 хв при 
температурі 34 – 35,5 0С. 
Після цього ємність дослідної утановки заповнювалась тістом і закривалась. В 
установці створювались тиски різної величини (від 0,1 МПа до 4 МПа), під якими 
тісто бродило протягом певного часу, достатнього для завершення процесів 
бродіння, для накопичення вуглекислого газу. 
В дослідній установці постійно підтримувалася температура 35 0С за 
допомогою термостата, в якому вона й безпосередньо знаходилась. 
В результаті утворення при бродінні СО2 і збільшення тиску всередині 
експериментальної установки, відбувається витіснення з нього тістом пластини, яка 
виконує роль поршня, переміщення якого фіксується по заздалегідь нанесеній 
шкалі. Недоліком методу є складність урахування сил тертя, які виникають при русі 
пластини в пробірці. Але звести їх величину до мінімуму можна, змастивши робочі 
поверхні маргарином або олією.  
Під час бродіння внаслідок протікання складних колоїдних, біохімічних і 
мікробіологічних процесів відбувається утворення і накопичення вуглекислого газу, 
побічних продуктів бродіння, які сприяють формуванню смаку і запаху хліба, а 
також формуються такі в’язко-еластичні властивості тіста, які покращують його 
здатність утримувати газ при випіканні. Хоча, на наступних після бродіння стадіях, 
традиційної технології виробництва хліба – поділі та формуванні – відбувається 
дегазація тіста, момент завершення бродіння і, відповідно, ступінь готовності тіста 
визначають, досліджуючи накопичення кислот у тістовому напівфабрикаті. 
Сумарним показником, розчиненої вуглекислоти, є титрована кислотність. З точки 
зору утворення вуглекислого газу бродіння є біологічним процесом, швидкість 
якого визначається кількістю дріжджів у тісті, їх якістю, енергією бродіння і 
умовами життєдіяльності. Оскільки досліди проводили на тісті, виготовленому за 
стандартною рецептурою, вміст мікроорганізмів був фіксованим і не впливав на 
інтенсивність утворення СО2. Зовнішніми факторами, які визначають активність 
 
 
 
 
дріжджів, є температура тіста і тиск в його об’ємі. Вплив першої виключали, 
досліджуючи бродіння при сталій температурі 35 С, підтримуваній у термостаті. 
Незалежним параметром (фактором), вплив якого визначали, був зовнішній тиск. 
Якість пресованих дріжджів відповідає ГОСТ 171 – 81. 
2.2.2 Опис експериментальної установки 
2    
По  в    і т   р  я        
4    2    
1    3    
 
Рис. 2.4 Схема експериментальної установки: 
1 – прозорий корпус; 2 – манометри; 3 – компресором; 4 – поршень  
 
Дослідження проводили на експериментальній установці з пневматичним 
нагнітачем, в якій тиск на тісто створюється стисненим повітрям. Вибір дослідної 
установки обумовлений тим, що вона дає змогу спостерігати за процесом 
вистоювання тіста під тиском, крім того вплив на досліний зразок не є інтенсивним і 
тому його доцільно використовувати для ніжних мас, яким і є тісто виготовлене з 
пшеничного борошна. 
Дослідна установка складається з прозорого корпусу 1 з пневматичним 
нагнітачем. Температура навколишнього середовища регулюється і утримується за 
допомогою термостату. Тісто стискається під дією стисненого повітря на поршень 4. 
 
 
 
Повітря подається компресором 3, що автоматично підтримує заданий тиск, який 
відображається на двох манометрах 2, що розташовані на експериментальній 
установці та на самому компресорі. 
2.2.3 Дослідження впливу надлишкового тиску на процеси в робочій камері 
БФА 
На стискуваність дріжджового тіста під час його формування впливають 
кількість газової фази, накопиченої в тісті при замісі та бродінні до початку 
навантаження, і величина прикладеного зусилля. Причому чим більший відсоток 
газової складової, тим більше змінюється об’єм тіста під дією зовнішнього 
навантаження. Через це представляє інтерес визначення вмісту газу, накопиченого 
під час замісу та бродіння. 
Більша частина вуглекислого газу, утвореного при бродінні, втрачається 
марно. Відомо, що при перевищенні тиском деякого граничного значення 
відбувається небажана зміна структури тіста, погіршення його якостей.  
Проте механічна обробка, а саме тиском, сприяє на певній стадії поліпшенню 
структури пористості, впливає на колір м’якуша, сприяє підвищенню 
газоутворюючої та газоутримуючої здатності тіста, тобто підвищує якість виробу.  
Були проведені дослідження поведінки тіста при різних значеннях тисків (від 
0,5 МПа до 3 МПа). Для цього чотири шматки тіста піддавали короткотривалому 
стисканню в описаній вище установці до: 0,05 МПа; 0,1 МПа; 0,2 МПа; 0,3 МПа, та 
спостерігали за його подальшим вистоюванням в камері термостату де 
підтримувалась нобхідна температура в 35 С.  
З підвищенням тиску до 0,2 МПа об’єм заготовок досягає максимального 
значення (рис.2.5). При збільшенні тиску вище 0,2 МПа об’єм зменшується так само, 
як і при зниженні тиску. Таким чином, було встановлено, що для тіста, 
приготованого за сучасною технологією, стискання до 0,2 МПа справляє 
позитивний вплив вистоювання, сприяє укріпленню структури і газоутримуючої 
здатності, про що свідчить максимальний об’єм заготовоки. Виходячи з цих 
дослідів, область раціональних параметрів робочого тиску в камері термостату 
обмежується 0,1 – 0,2 МПа. 
 
 
 
 
 
Рис. 2.5 Зміна об’єму тістових заготовок при їх вистоюванні після стискання 
до: 1 – 0,05 МПа, 2 – 0,1 МПа, 3 – 0,2МПа, 4 – 0,3 МПа 
 
Однак при зниженні робочого тиску від 0,2 МПа до 0,1 МПа досягається краща 
комбінація показників якості тіста, знижуються витрати енергії. Слід відмітити, що і 
в закордонних машинах робочий тиск приймають в межах (0,05 – 0,15)МПа. 
Під час наступної за бродінням операції – формування – тісто всередині зазнає 
дії стискувальних зусиль, що призводить до зменшення його об’єму в середині 
агрегату. Стискуваність дріжджового тіста пояснюється стискуваністю газових 
пузирчиків і деформацією структурної сітки тіста. Але при умовах, які реально 
існують на виробництві, говорити про зменшення відстаней між молекулами 
біополімерів, що входять до складу тіста, недоцільно, оскільки для цього потрібен 
надто високий тиск. Тому вважаємо, що зменшення об’єму напівфабрикату 
відбувається тільки внаслідок стискання і подальшого розчинення у рідкій фазі тіста 
газових пузирчиків. 
При наступній серії дослідів, тісто бродило при надлишковому тиску (0,1; 0,2; 
і 0,3 МПа) протягом 30 хв (рис. 2.6), та ще 20 хв після зняття навантаження (рис. 
2.7). 
Наведені дані дають можливість уявити картину процесу бродіння тіста під 
надлишковим тиском. Спочатку процесу газові пухирці, що знаходяться в тісті, 
активно стискаються та дифундують в тістову масу. При знижені тиску розчинений 
 
 
 
газ починає активно виділятися, що призводить до значної зміни об’єму тістової 
маси в перші 5 хв та до менш помітної протягом наступних 20 хв. 
 
Рис. 2.6 Зміна обєму тістових заготовок при їх вистоюванні при: 
1 – атмосферному тиску, 2 – 0,1 МПа, 3 – 0,2 МПа, 4 – 0,3 МПа  
 
 
Рис. 2.7 Зміна обєму тістових заготовок при їх вистоюванні після дії: 
1 – атмосферного тиску, 2 – 0,1 МПа, 3 – 0,2 МПа, 4 – 0,3 МПа. 
 
Вміст газової фази визначали наступним методом: Від щойно вистояної 
тістової заготовки відокремлювали три шматки однакового обєму, два з яких 
поміщували в ємності циліндричної форми(з прозорими стінками з нанесеною 
заздалегідь шкалою)  для подальшого бродіння (протягом 25 хв та 50 хв відповідно) 
та збільшення в них газової складової, третій – піддавали стисненню за допомогою 
 
 
 
 
дос.установки, для визначення вмісту газу. Різниця початкового та кінцевого об’ємів 
і дорівнювала об’єму газової фази третього зразка: 
 
��Г = ��П − ��К                                                         (2.11) 
 
Відсотковий вміст газу знаходили по відомій вже формулі: 
 
��П − ��К 36 − 28,5
��Г = · 100% = · 100% = 21%,                      (2.12) 
��П 36
 
В результаті бродіння перших двох зразків протягом 25 хв та 50 хв відповідно 
кількість газу в тісті збільшилась, що призвело до суттєвого збільшення їх обєму. 
Різниця кінцевого та початкового обєму дає ту кількість газу, яка була виділена за 
час вистоювання: 
��Г = ��К − ��П                                                        (2.13) 
 
В цьому випадку відсотковий вміст газу становитиме 53 % та 70 % відповідно. 
Аналізуючи отримані дані, можна помітити, що найбільших змін в об’ємі 
зазнає тістова заготовка з вищим вмістом газової фази, що можна пояснити 
стисненням газових пухирців та деформацією структурної сітки, що викликано 
зменшенням відстаней між молекулами біополімерів, котрі входять до складу тіста. 
Стиснення газових пухирців спостерігається в початкових стадіях 
навантаження, так як не потребує великого значення тиску. Деформація ж 
структурної сітки відбувається тоді, коли тісто вже не має газової складової, тобто, 
коли воно добре ущільнене. В цьому випадку для незначних змін об’єму необхідно 
створювати якомога більший тиск. 
Досить цікавими є результати досліджень з розвантаження, після 
попереднього стискання, тістових заготовок з різним вмістом газової фази. Кожен з 
3-ох дослідних зразків, з початку розвантаження, поводить себе досить інертно (див. 
рис 2.8 і 2.9), тобто зменшення навантаження не відповідає значним збільшенням 
об’єму.  
 
 
 
 
Рис. 2.8 Стиснення дріжджового тіста з різним вмістом газової фази: 
1 – 20%; 2 – 53%; 3 – 70%. 
 
 
Рис. 2.9. Розвантаження дріжджового тіста з різним вмістом газової фази: 
1 – 20%; 2 – 53%; 3 – 70% 
 
Це можна пояснити наступним чином: при зниженні навантаження на певну 
величину, розчинений вуглекислий газ починає активно виділятися з тістової маси, 
що призводить до її збільшення. З подальшим зниженням тиску швидкість 
виділення газу збільшується. Проте необхідно зауважити, що для однакового 
зовнішнього тиску кількість виділеного газу менше, ніж було в тісті під час його 
стискання. 
Висновки до розділу 2 
Реологічні характеристики, наведені в літературі, значною мірою залежать від 
технологічних умов, і тому відрізняються у різних авторів. 
Також відомо, що на процес екструдування впливають структурно-механічні 
 
 
 
 
властивості екструдату, які в свою чергу в значній мірі залежать від утворюваного 
тиску в камері бродильно формувального агрегату.  
Експериментальні дані про вплив надлишкового тиску на дріжджове тісто, на 
жаль, вже не можуть задовільнити необхідне теоретичне підгрунття постійно 
зростаючому інтересу до екструзійної технології для виготовлення хлібобулочних 
виробів. Адже досліди проводились, як правило, під незначними тисками (від 0,01 
до 0,125 МПа), які відповідають лише тискам, що використовуються в 
тістоподільних машинах, та й самі дослідні установки були досить громіздкими, що 
могло давати похибки на результати досліджень. 
В нашому випадку цікаво дослідити вплив надлишкового тиску на дріжджове 
пшеничне тісто, щоб визначити оптимальний інтервал тисків для процесу 
екструдування, та надати рекомендації щодо конструктивних змін вже існуючих 
бродильно-формувальних агрегатів або запропонувати нові. 
Досліджено залежність об’єму дріжджового тіста від тиску при його 
стискуванні та розвантаженні. 
Досліджена зміна об’єму тістової заготовки після дії на неї різних значень 
надлишкових тисків. 
Визначений інтервал тисків, в межах яких варто проводити формування та 
транспортування дріжджового тіста. 
  
 
 
 
РОЗДІЛ 3 
ОБҐРУНТУВАННЯ ВПРОВАДЖЕННЯ БРОДИЛЬНО-ФОРМУВАЛЬНОГО 
АГРЕГАТУ В ЛІНЮ ВИРОБНИЦТВА ХЛІБОБУЛОЧНИХ ВИРОБІВ 
 
3.1 Загальні відомості 
Серед всіх галузей харчової промисловості чи не найвагоміше займає 
хлібопекарська. За останні 10 – 15 років ринок з виробництва хлібобулочних 
виробів набув деяких особливостей, які вимагають від виробників нових підходів 
щодо розвитку та модернізації технологічних схем хлібозаводів. У жорсткій 
конкурентній боротьбі за споживача виробники змушені розширювати асортимент 
виробів, одночасно підвищуючи їх якість та зменшувати енерго-ресурсну складову 
витрат.  
Лінії для виробництва широкого асортименту виробів доцільно комплектувати 
із ланцюга універсальних видів обладнання, яке піддається швидкому 
переналагодженню для виробництва широкого асортименту виробів. 
Хлібопекарні підприємства в сучасних умовах являють собою досить великий 
комплекс агрегатів і машин різноманітного призначення. В сучасних умовах 
особливо гостро стоїть питання про те, як підвищити якість готової продукції, 
збільшити продуктивність праці, підвищити санітарні умови виробництва продукції 
та шляху її надходження до споживача. Саме тому весь час ведеться робота над 
подальшим розвитком і технічним переоснащенням хлібопекарної промисловості 
шляхом заміни застарілого обладнання на сучасне, більш прогресивне та економічно 
вигідне. 
Впровадження прогресивної високопродуктивної новітньої техніки потребує 
нових виробничих площ, проведення великих будівельно-монтажних робіт в 
результаті чого збільшується вартість пасивної частини основних виробничих 
фондів. Поновлення або переоснащення парку обладнання дозволяє максимально 
використовувати існуючі будівлі і споруди, скоротити до мінімуму будівництво 
нових промислових споруд при одночасному нарощенні виробничої потужності 
підприємства. 
 
 
 
 
Переваги використання нової лінії: 
1. Створення потоково-механізованої лінії виробництва хлібобулочних 
виробів з зменшенням використання ручної праці; 
2. Введенням у технологічний процес такого обладнання як екструдер ми 
отримуємо можливість задовольнити зростаючі потреби споживачів у широкому 
асортименті виробів; 
3. Заміщення ряду технологічного обладнання, такого як корито для бродіння, 
вистійної шафи, охолоджувальної шафи на екструдер дає можливість зменшити 
кількість обладнання і тим самим збільшити вільну площу у тістоподільному та 
пекарному відділеннях хлібопекарних підприємств, зменшити енерго- та 
матеріалоємність виробництва;  
4. Скорочення ряду технологічного обладнання призведе до скорочення 
обслуговуючого персоналу; 
5. Скорочуються витрати часу на проведення технічного огляду, поточного, 
середнього та капітального ремонтів. Відпадає потреба в закупівлі деталей, які 
швидко зношуються, для цього обладнання, зменшуються витрати на придбання 
конструкційних матеріалів; 
6. Поточний процес виробництва дозволяє значно зменшувати витрату коштів 
на накладні витрати. 
7 Уніфікованість екструдера, дає можливість випуску широкого асортименту 
продукції без значних витрат на зміну конструктивних елементів. 
3.2 Лінія виробництва хлібобулочних виробів з використанням 
екструдера 
На основі аналізу потреб виробника запропоновано нову, економічно -
ефективнішу машинно-апаратурну схему вироблення хлібобулочних виробів 
(рис. 3.1), де операції бродіння, формування і вистою поєднано в одному 
БФА. Тут застосовано технологію бродіння тіста в  закритій ємкості під 
тиском. Таким чином вдається досягти скорочення тривалості 
технологічного процесу, зменшення виробничих площ і вартості 
устаткування, досягти безперервності процесу і якості виробів.  
 
 
 
Для приготування тіста використовуємо тістомісильну  машину 
інтенсивного замісу періодичної дії, куди з дозатора борошна та рідких 
компонентів надходять відповідні рецептурні складові.  
Готове тісто з діжі подається трубами до завантажувального патрубка 
бродильно-формуючого агрегату, де і проходить процес бродіння під тиском. 
Тісто, що знаходиться внизу завантажувального патрубка постійно подається 
у нагнітаючий вузол, звідки попадає в ємкість де проходить процес бродіння 
під тиском.  
По закінченню бродіння через матрицю на під печі формуються вироби. 
Сформовані вироби випікають у печі, а потім транспортером подають у 
сушильну шафу. 
Даний процес виготовлення за нової технологією майже не потребує 
ручної праці, що вигідно відрізняє його від усіх інших аналогів.  
 
Рис. 3.1 Машинно-апаратурна схема виробництва хлібобулочних 
виробів методом екструзії: 
1 – виробничий бункер; 2 – дозатор рідких компонентів; 3 – дозатор борошна; 
4 – тістомісильна машина для замісу опари; 5 – корито подібна ємність для бродіння 
опари (тіста); 6 – насос; 7 – нагнітач; 8 – екструдер; 9 – піч; 10 – охолоджувальна 
шафа, 11 – різальна машина (при потребі). 
 
 
 
 
Борошно зі складу потрапляє в виробничий бункер 1, а звідти через дозатор – 
у тістомісильну машину безперервної дії 4 типу Х-12, де змішується з водою, 
розчином солі та дріжджовим розчином, які надходять з дозатора 2. Замішана таким 
чином опара потрапляє в коритоподібну ємність для бродіння опари 5, де 
зброджується при температурі 30 – 32 ºС. Далі опара ротаційним нагнітачем 6 
(насосом) подається в тістомісильну машину безперервної дії 4 типу Х-12, де вона 
змішується з водою, розчином солі, дріжджовим розчином та іншими інгредієнтами. 
Потім тісто потрапляє в коритоподібну ємність для бродіння тіста 5. З якої 
виброджене тісто самопливом потрапляє в екструдер 8, де відбувається його 
вистоювання та формування виробів прямо на під печі 9. Нагнітання тіста 
відбувається за допомогою нагнітача 7. Після випікання та висушування 
хлібобулочні вироби потрапляють в охолоджувальну шафу 10 після якої холодна 
шпала ріжеться на сухарики за допомогою різальної машини 11. 
Випікання проводиться у зволоженій пекарній камері. При випічці внаслідок 
теплофізичних, колоїдно-хімічних і біохімічних процесів тістова заготовка 
переходить в стан готового випеченого виробу. 
Ряди тістових заготовок, що розміщені по ширині поду, поступають в піч і 
обприскуються водяним туманом. Після виходу з простору печі випечений джгут 
охолоджується. 
Готова продукція після різальної машини передається на пакувальні столи, які 
встановлені в хлібосховищі, де сортуються і відбраковуються, а потім поступають в 
експедицію.  
3.3 Будова та принцип дії агрегату, що розробляється 
Суміщення бродіння, формування і розрихлення в одному агрегаті дозволяє 
скоротити машино-апаратурну схему, виробничі площі, зменшити час виробництва 
виробів за рахунок виключення ряду операцій та витрати на утримання і 
експлуатацію обладнання і, як наслідок, собівартість продукції. За умови бродіння 
тіста у закритій камері екструдера під тиском, вуглекислий газ, що утворюється, 
переходить в розчинений стан. Під час формування, на виході з матриці, внаслідок 
різкого перепаду тисків відбувається розбухання екструдатів (збільшення діаметру 
 
 
 
виробів порівняно з діаметром формувального каналу). Розрихлені вироби 
екструдуються безперервно безпосередньо на під печі.  
Принцип його роботи полягає в тому, що тісто з корита для бродіння 
подається у приймальний бункер 1 БФА. Через зазор між рифленими валками 
нагнітача 2, тісто потрапляє в робочу камеру агрегата 4. Мотор-редуктор, 
приєднаний до рами проводить перший з валків у дію. Перший валок приводить у 
рух другий валок через зубчасту циліндричну передачу. Об’єм ємності для 
виброджування розраховано на тривалість перебування в ній тіста необхідну для 
накопичення вуглекислого газу достатнього для розрихлення тістових заготовок 
перед випіканням. Рівномірному потраплянню тіста в ємність допомагають не 
тільки валки, а і розподілювач, що знаходиться в верхній частині робочої камери. 
Після заповнення тістом робочого об`єму агрегата, воно вистоюється близько 40хв. 
Після виброжування відкривається заслінка  і починається безперервний процес 
виформовування. Тісто під дією тису валків починає випресовуватись через 
формувальні отвори матриці 5, та екструдується безпосередньо на під печі у вигляді 
безперервних джгутів або окремих заготовок при потоковому виробництві. 
Формування окремих розрихлених тістових заготовок може здійснюватись і на 
листи при випіканні в печах періодичної дії. 
 
Рис. 3.2 Ескіз бродильно-формувального агрегату: 
1 – приймальний бункер, 2 – нагнітач, 3 – манометр,  4 – робочуа камера, 5 – 
матриця, 6 – фільєри. 
 
 
 
 
Розрихлення тістових заготовок відбувається на виході із формувального 
отвору за рахунок вуглекислого газу, що накопичився при бродінні. 
Якщо випікаються безперервні тістові джгути,то після випікання передбачає 
нарізання в потоці готового виробу на окремі скибки. 
На час запуску і виведення з роботи агрегату (це відбувається з метою миття, 
огляду чи ремонту агрегата, або перезміни операторів) передбачені шибери, за 
допомогою яких перекриаємо подавання і вихід тіста. Шибери знаходяться над 
верхньою і нижньою частинами робочої камери. Їх положення регулюють вручну 
спеціальними штурвалами. При запуску перекриваємо матрицю на час необхідний 
для вистоювання тіста. При зупинці агрегату перекриваємо нагнітач для видалення 
тіста із ємкості за допомогою стисненого повітря, що подається між корпусом 
агрегату та еластичною перегородкою, це допомагає повністю випресувати залишки 
тіста з камери. 
Проведені дослідження поведінки тіста, насиченого вуглекислим газом 
свідчить про те, що для забезпечення дрібнопористої розрихленої структури 
м’якушки виробів, вироблених екструдуванням необхіднавідповідна конструкція 
матриці. На виході із формувального каналу матриці відбувається відновлення 
структури в’язко-пружного тіста, збільшення поперечних розмірів джгута, крім 
того, на розширення екструдату на виході впливає і вміст вуглекислого газу, що 
коливається в тісті при бродінні. 
Формуючим органом є матриця в якій розміщені отвори. В отвори вставлені 
фільєри із харчового фторопласту, через які, власне, і відбувається випресовування 
тіста на під печі . На рис 3.3 зображено ескіз фільєри. 
 
 
Рис. 3.3. Ескіз фільєри 
 
 
 
Для отримання добре розвиненої, дрібної, рівномірної пористості, а також для 
утворення гладкої поверхні тістового джгута сформульовано вимоги до конструкції 
матриці при екструдуванні дріжджового тіста, насиченого вуглекислим газом. Для 
виготовлення матриці доцільно використовувати антиадгезійні матеріали або 
покриття. За геометричними параметрами канал формування поділяємо на три зони: 
вхідну, формувальну та вихідну. Для зменшення напружень на вході, яке впливає на 
стан поверхні тістового джгута вхід в канал виконуємо плавним. Формувальна 
частина каналу для забезпечення максимального розширення джгута повинна бути 
мінімальної довжини, виходячи із конструктивних міркувань. Найбільший вплив на 
розширення джгута та якість екструдату має оформлення зони виходу,яка повинна 
бути розширеною. Використання зазначених вимог при конструюванні матриці 
дозволяє забезпечити високу якість тістового джгута при формуванні. 
Технічний результат полягає у суміщенні технологічних операцій бродіння, 
формування і розрихлення в одному агрегаті безперервної дії, що забезпечує 
скорочення машино-апаратурної схеми, виробничих площ, зниження витрат на 
експлуатацію обладнання і дозволяє формувати вироби з дріжджового тіста без 
наступної обробки безпосередньо на під печі. 
Висновки до розділу 3 
В розділі розглянуто нову, економічно-ефективнішу машинно-
апаратурну схему вироблення хлібобулочних виробів (рис. 3.1), де операції 
бродіння, формування і вистою поєднано в одному бродильно -
формувальному агрегаті. Тут застосовано технологію бродіння тіста в 
закритій ємкості під тиском. Таким чином вдається досягти скорочення 
тривалості технологічного процесу, зменшення виробничих площ і вартості 
устаткування, досягти безперервності процесу без втрати потужності і якості  
виробів. 
Також в розділі розглянуто схему екструдера для виробництва 
хлібобулочних виробів та будову і принцип дії розробленого бродильно -
формувального агрегата. 
  
 
 
 
 
РОЗДІЛ 4 
КОНСТРУКТИВНІ РОЗРАХУНКИ БРОДИЛЬНО-
ФОРМУВАЛНОГО АГРЕГАТУ 
 
4.1 Розрахунок продуктивності бродильно-формувального агрегату 
Провідним обладнанням у лінії по виробництву хлібобулочних виробів є піч, 
тому все обладнання (в тому числі і бродильно-формувальний агрегат) будемо 
підбирати та розраховувати, виходячи з продуктивності печі лінії по виготовленню 
батонів. 
Для розрахунку обираємо циклотермічну кондитерську піч польської фірми 
“Rem-Piek” WSL-8090 зображену на рис. 4.1. 
 
Кондитерська піч польської фірми “Rem-Piek” марки WSL-8090 має такі 
параметри: 
довжина поду печі, мм       L = 15000; 
ширина поду печі, мм       А = 600; 
поверхня випікання, м2       9; 
габаритні розміри, мм: 
 довжина        15000; 
 ширина        1600; 
 висота        2830; 
час випікання, хв        4 – 15; 
максимальна температура випікання, 0С    280; 
встановлена потужність, кВт      10; 
маса печі, кг        9000 
Додаткові дані для розрахунку продуктивності печі по сухарям: 
ширина виробу, мм       в  = 125 
час випікання виробу у печі, хв.     τ = 30 
зазор між рядами виробів, мм     a = 25 
 
 
 
 
 
Рис. 4.1 Піч польської фірми «Rem-Piek» WSL-8090 
 
1. Кількість батонів в ряду по ширині поду печі: 
 
�� − �� 600 − 25
�� = = = 3,83 ≈ 4 шт                                    (4.1) 
�� + �� 110 + 25
де �� – ширина поду; 
�� – зазор між джгутами; 
�� – діаметр заготовки. 
 
2. Швидкість руху транспортера: 
 
�� 15000
�� = = = 0,0083 м/с                          (4.2) 
�� · 60 · 1000 30 · 60 · 1000
 
3. Маса погонного метра виробу: 
 
�� · ��2 3,14 · 0,112
��п.м = �� · �� · = 350 · 1 · = 3,32 кг,                   (4.3) 
4 4
де �� – щільність батона. 
 
 
 
 
4. Годинна продуктивність печі, кг/год: 
 
Пгод = �� · ��п.м · �� · 3600 = 0,0083 · 3,32 · 4 · 3600 = 397 кг/год         (4.4) 
 
5. Добова продуктивність печі, т/добу: 
 
Пгод · 23 397 · 23
Пдоб = = ≈ 9,1 т/доб                                  (4.5) 
1000 1000
 
6. Секундна продуктивність, кг/с: 
 
Пгод 397
Пс = = ≈ 0,11 кг/с                                  (4.6) 
3600 3600
 
7. Визначаємо мінімальну продуктивність бродильно-формувального агрегату: 
 
Пгод(Ууп + Уус + 100)��тіс 397(8 + 2 + 100)1230
ПБФА = = ≈ 1535 кг/год  (4.7) 
100 · �� 100 · 350
де Ууп – упікання заготовок, Ууп = 8 %; 
Уус – усихання готових виробів, Уус = 2 %; 
��тіс – щільність тіста; ��тіс = 1230 кг/м2. 
 
8. Секундна продуктивність бродильно-формувального агрегату: 
 
Пгод 1535
ПБФА.с = = ≈ 0,43 кг/с                                  (4.8) 
3600 3600
 
4.2 Розрахунок геометричних параметрів агрегату 
1. Розраховуємо об’єм бродильної ємкості, виходячи із значення секундної 
продуктивності та часу, який тісто знаходиться у бункері: 
 
ПБФА.с · ��брод 0,43 · 1200
���� = = = 0,42                                 (4.9) 
��тіс 1230
де ��брод – час бродіння; ��брод = 20 хв = 1200; 
 
 
 
2. Діаметр розділюючого елемента приймаємо рівним ширині входу в робочу 
камеру БФА 78 мм. Тоді об’єм розділюючого елементу: 
 
�� 2
р = �� · �� · �� = 3,14 · 392 · 600 = 2865564 мм3 ≈ 0,003 м3,          (4.10) 
 
3. Загальний об’єм робочої камери БФА буде рівний: 
 
��заг = ����+��р = 0,42 + 0,003 = 0,423 м3,                             (4.11) 
 
4. Приймаємо робочий об’єм ємності БФА �� = 0,43 м3. 
5. Маса тіста в ємності становитиме: 
 
��тіс = ��тіс · ���� = 1230 · 0,42 = 517 кг,                       (4.12) 
 
6. Висоту робочої камери БФА агрегату приймаємо рівною �� = 1 м. 
7. Приймаючи переріз камери близьким до прямокутного перерізу і ширину 
камери рівною ширина поду печі знайдемо ширину камери БФА: 
 
�� 0,43
�� = = = 0,717 м                                         (4.13) 
�� · �� 1 · 0,6
Приймаємо ширину камери БФА �� = 0,72 м. 
4.3 Розрахунок камери екструдера на міцність 
1. Вихідні дані: 
Тиск, що діє в апараті, Па:      �� = 0,25 · 106; 
Внутрішня ширина циліндричної оболонки, м   �� = 0,72; 
Коефіцієнт міцності зварних з`єднань,    ��з = 0,85; 
Надбавка на корозію до товщини стінки, м   �� = 0,002; 
 
2. Обираємо матеріал стінки і матриці: нержавіюча сталь 12ХМ, яка має 
напруження текучості ��т = 240 МПа. Тоді допустиме напруження на стінку і 
матрицю буде дорівнювати: 
��т 240
[��] = = = 145 МПа,                                           (4.14) 
�� 1,65
 
 
 
 
де �� = 1,65 – коефіцієнт запасу міцності. 
3. Враховуючи діаметр агрегату і навантаження внутрішнім тиском критичне 
напруження на стінку буде дорівнювати: 
 
�� · ��
��к = ��м = ≤ [��], Па                                            (4.15) 
2 · [��]
 
4. Товщина стінки агрегату під дією внутрішнього тиску: 
 
�� · �� 0,25 · 106 · 0,72
�� = = = 0,00062 м                            (4.16) 
2 · [��] 2 · 145 · 106
 
5. Враховуючи запас міцності приймаємо товщину стінки δ = 0,003 м 
6. Товщину матриці розраховуємо як плоске днище, оскільки в нашому 
випадку отвори не будуть її послаблювати: 
 
�� 0,25 · 106
�� = �� · �� · √ = 0,4 · 0,72 · √ = 0,012 м                            (4.17) 
[��] 145 · 106
де �� = 0,4 – коефіцієнт, що залежить від способу кріплення матриці; 
�� – внутрішній тиск в апараті; 
�� – ширина апарату. 
 
4.4 Розрахунок валкового нагнітача 
1. Розрахуємо кількість обертів валків, розпірне зусилля і потужність, що 
необхідна для роботи валкового нагнітача БФА. Ці величини визначаються 
декількома методиками, розробленими на основі закономірностей пластичної чи 
пружної деформації матеріалу між валками, на гідродинамічній теорії вальцювання і 
теорії подібності. В макаронній і хлібопекарській промисловості при нагнітанні 
тіста недостатньо вивчено вплив зазору між валками, кутів живлення і нагнітання, 
діаметрів валків на продуктивність нагнітача, коефіцієнт подачі і тиск в камері 
нагнітання. Крім того, різноманітність фізико-механічних властивостей тіста не 
 
 
 
дозволяє узагальнити отримані експериментальні дані. Але ми, все-таки, спробуєм 
провести розрахунок.  
2. Схема валкового нагнітача зображена на рис. 4.2. 
 
Рис. 4.2 Схема валкового нагнітання: 
�� – відстань між поверхнями валків (мм), які відходять від площини осей 
валків на кут захвату ��1 вона корегується шириною приймального бункера БФА; 
ℎ0 – мінімальний зазор між валками, мм. 
Зазор між валками має форму прямокутника, довжина якого рівна довжині 
валків, а ширина ℎ0 = 10 мм. 
Валки рифлені. 
Валки нагнітають тісто, динамічна в’язкість якого �� = 0,04 · 107 н · с/м2. 
Коефіцієнт тертя тіста об сталь �� = 0,58. 
Щільність тіста ��тіс = 1230 кг/м2. 
3. Параметри нагнітача: 
Діаметр валків �� = 98 мм; 
Довжина �� = 600 мм; 
 
 
 
 
4. Продуктивність валкового нагнітача визначається за формулою: 
 
�� · ℎ0 · �� · �� · �� · ��
П = · �� кг/хв,                            (4.18) 
1000
де ℎ0 – мінімальний зазор між валками, при якому продуктивність нагнітача буде 
максимальною, см; 
K – коефіцієнт подачі валкового нагнітача. 
 
5. Визначимо коефіцієнт подачі нагнітача при знайденому зазорі ℎ0 по графіку 
залежності (літ.10, рис .6б) K = 1,98. 
6. Знаючи продуктивність БФА, і підставивши її в формулу знахоходження 
продуктивності валкового нагнітача, найдемо з неї величину кількості обертів 
валків. Хвилинна продуктивність Пхв = Пгод/60 = 1535/60 = 25,6 кг/хв. 
 
1000 · П 1000 · 25,6
�� = = = 8 об/хв.       (4.19) 
L · h0 · d · γ · π · K 60 · 1 · 9,8 · 0,9 · 3,14 · 1,98
 
5. Для визначення розпірних зусиль на валки і потужності привода нагнітча 
необхідно знати тиск ��0 в мінімальному зазорі між валками. Визначим тиск на 
поверхню валка при �� = 1,4. Оптимальний кут живлення �� при рифлених валках 
дорівнює 400, ��′ = 6,0. 
 
��′ − 1 6 − 1
��0 = ���� = 2,4 · = 2,4 · = 26 ��/см2.                    (4.20) 
��′ − 1,4 6 − 1,4
 
6. Горизонтальну складова розпірного зусилля визначаєм по формулі: 
 
��0 · �� · �� 26 · 9,8 · 60
�� = 0,2 · = 0,2 · = 5673 ��                           (4.21) 
��1 cos ��1 0,7 · 0,77
 
7. Вертикальна складова розпірного зусилля визначаєм по формулі: 
 
��0 · �� · �� 26 · 9,8 · 60
�� = 0,85 · = 0,85 · = 24109 ��                    (4.22) 
��1 cos ��1 0,7 · 0,77
 
 
 
8. Визначимо повну реакцію на валок: 
 
�� = √��2 + ��2 = √56732 + 241092 = 24768 ��                      (4.23) 
 
9. Крутний момент,що діє на валок визначаєм по формулі 6 (Літ.10): 
 
�� = 2,7 · �� · ��2 · �� · �� = 2,7 · 26 · 82
0 · 0,58 = 1551 �� · м        (4.24) 
 
10. Потужність необхідна для обертання 2-х валків знайдемо по формулі: 
 
�� · 10−4 3,14 · 10−4
�� = 2�� · �� = 2 · 1551 · 8 = 1,3 кВт          (4.25) 
3 3
 
На основі проведених розрахунків можна зробити висновок, що на 
досліджувані величини (продуктивність, крутний момент, тиск), має вплив не 
діаметр валків, а кутові швидкості, що змінюються зі збільшенням діаметрів валків 
при тій же кількості обертів (це підтверджують дані з Табл.7, Літ.10). Це дозволяє 
конструктивно підібрати діаметри нагнітаючих валків і валів на яких вони сидять. 
Приймаємо діаметр валів 16 мм. 
 
4.5. Кінематичний розрахунок привода 
Потрібно підібрати привід, який би приводив у рух перший з валків валкового 
нагнітача БФА. Привід повинен забезпечити обертання валка валкового нагнітача з 
частотою 8 об/хв.  
По заданій частоті обертання валка підбираєм мотор-редуктор так, щоб 
номінальна частота обертання була рівною або, що краще, більшою за 
розрахункову. 
Вибираємо для приводу комбінацію з мотор-редуктора і пружної втулко-
пальцевої муфти (МПВП). Мотор-редуктор – це механізм в якому конструктивно 
об’єднані редуктор і електродвигун. Для комплектування мотор-редукторів 
використовують асинхронні трифазні електродвигуни з короткозамкненим ротором 
серії АИР. Доцільним вибір мотор-редуктора марки МЦ3С-125-9-1.5-310-Ц-У3 [24] 
з наступними технічними характеристиками: 
 
 
 
 
Частота обертання вихідного вала ��вих = 9 об/хв; 
Потужність �� = 1,5 кВт; 
Крутний момент ��вих = 1540 �� · м; 
Допустиме навантаження на вихідному валу �� = 9650 ��. 
1. Розраховуємо потужність на вихідному валу привода: 
 
��вих · ��вих 1551 · 8
��вих = = = 1,3 кВт                                (4.26) 
9550 9550
 
 
Рис. 4.3. Кінематична схема 
 
2. Визначаємо загальний ККД привода: 
 
�� = ��під · ��м = 0,99 · 0,97 = 0,96 
 
де ��м – ККД муфти, ��м = 0,97; 
��під – ККД підшипникових опор, ��під = 0,99. 
 
3. Обчислюємо потужність на вхідному валу привода: 
 
��вих 1,3
��вх = = = 1,36 кВт                                         (4.27) 
�� 0,96
 
4. Rрутний момент на валу: 
����
���� = 9550                                                         (4,28) 
����
 
 
 
5. Визначаємо крутний момент на першому валу: 
 
��1 1,36
��1 = 9550 = 9550 = 1443 Н · м                               (4,29) 
��1 9
 
6. Визначаємо крутний момент на другому валу: 
 
��1 1,3
��2 = 9550 = 9550 = 1552 Н · м                               (4,30) 
��1 8
 
4.6. Підбір і розрахунок муфти 
Муфтою в проекті з’єднані вал привода і вал нагнітача БФА. Експлуатаційною 
характеристикою муфт є крутний момент, що передається, та діаметр валу, на 
котрий насаджується муфта. Конкретний типорозмір муфти обирається в залежності 
від умов експлуатації по таблицях.  
Ескіз муфти показано на рис.4.4. 
 
Рис.4.4 Ескіз муфти 
 
1. Вибираємо одну з найбільш розповсюдженіших стандартизованих муфт – 
пружну втулко-пальцеву (МПВП) ГОСТ 21424-75, що складається з двох півмуфт, 
нерухомо закріплених в одній пів муфті пальців, на яких розміщені гумові 
 
 
 
 
гофровані втулки, що взаємодіють із другою пів муфтою. 
Перевірочний розрахунок гумових втулок виконують за умовою обмеження 
тиску на поверхні їхнього контакту із пальцями, а самих пальців – за умовою 
міцності на згин. 
Навантаження, яке припадає на один палець, визначається за формулою: 
 
2��1 2 · 1552
��п = = = 110,9 Н                                      (4.31) 
�� · �� 7 · 4
де �� – діаметр кола розміщення пальців, �� = 7 см; 
�� – кількість пальців у муфті. �� = 4. 
2. Умова міцності втулок муфти: 
 
��п
�� = ≤ [��]                                                        (4.32) 
��п · ��в
де ��п – діаметр пальця, ��п = 8 мм; 
��в – довжина втулки, ��в = 25 мм; 
 
110,9
�� = = 0,555 МПа                                               (4.33) 
8 · 25
 
3. Умова міцності втулок пальців: 
 
�� 32��п(0,5��в + ��)
�� = = ≤ [��],                                       (4.35) 
�� 3
0 �� · ��п
 
32 · 110,9 · (0,5 · 25 + 2)
�� = = 25,6.                                  (4.35) 
3,14 · 83
де �� – осьовий зазор між півмуфтами, �� = 2 мм. 
 
Допустимий тиск для гуми беруть [��] = (2,0 ÷ 2,5) МПа, а допустиме 
напруження згину для пальців [��] = (60 ± 70)МПа. 
 
 
 
 
 
Висновки до розділу 4 
В розділі проведено основні конструктивні розрахунки бродильно-
формувального агрегату: 
– Розрахунок продуктивності БФА; 
– Розрахунок геометричних параметрів БФА; 
– Розрахунок камери екструдера на міцність; 
– Розрахунок валкового нагнітача; 
– Кінематичний розрахунок приводу; 
– Підбір і розрахунок муфти. 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
 
 
 
 
РОЗДІЛ 5 
МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ТЕЧІЇ ТІСТА В РОБОЧІЙ КАМЕРІ 
БРОДИЛЬНО-ФОРМУВАЛЬНОГО АГРЕГАТУ 
 
5.1 Формулювання задачі пружнов’язкопластичності матеріалів 
Розглядаючи процес не пружного деформування матеріалу, припускаємо, що 
його конфігурація в момент часу відповідає області �� відокремлена поверхнею ��.  
Режим силового навантаження тіла в довільній точці �� задаємо у вигляді двох 
основних типів граничних умов: 
1. На частині границі ��1 і �� задані швидкості: 
 
��⃗⃗⃗⃗⃗⃗ �� = ?⃗? (��)                                                              (5.1) 
1
 
2. На частині границі ��2 і �� задані зусилля: 
 
��⃗⃗⃗⃗⃗⃗  
�� = ?⃗?(��)                                                              (5.2) 
2
 
В кожній точці області �� повинні виконуватись умови: 
а) рівняння рівноваги: 
������ + �� · ���� = 0;                                                        (5.3) 
 
б) рівняння нерозривності: 
 
ln �� + ������?⃗? = 0;                                                       (5.4) 
 
в) кінематичні співвідношення: 
 
1
��?̇? = (�� ̇
��,�� + ����,ј),                                                     (5.5) 
2
де ������ і ��?̇? – тензори напружень і швидкостей деформацій відповідно; 
?⃗?  і ��  – вектор переміщення і зусиль відповідно; 
 
 
 
�� – відносна густина матеріалу; 
«крапка» означає субстанціональну похідну по часу. 
 
При формулюванні співвідношень припускаємо, що механічна потужність Р в 
процесі деформування може бути розділена на відновлюючу ��в і невідновлюючу ��н 
складові: 
�� = ��в + ��н.                                                            (5.6) 
 
При цьому складова ��в може визначатися як функція вільної енергії, що 
дорівнює �� = �� − �� · �� і компонентами тензора швидкостей відновлюючої 
(пружної) деформації ��?̇?: 
����
��в = �� ,                                                             (5.7) 
�� ����
де  – внутрішня енергія; 
�� – абсолютна температура; 
�� – ентропія; 
����
��  – має складову внутрішніх напружень ������ в деформуючому тілі. 
��������
 
З рівняння (5.7) випливає відоме рівняння стану пружного тіла (закон Гука), 
яке для ізотропного матеріалу має вигляд: 
 
1 + �� ��
в̇
���� = ( ��?̇? + · ������ · ������),                                      (5.8) 
�� 1 + ��
де �� – модуль Юнга; 
�� – коефіцієнт Пуассона. 
 
Нерівноважна складова потужності ��н визначається механізмом необоротного 
процесу деформування в формі закона для густини виробництва ентропії ���� в об’ємі 
поточної конфігурації тіла (нерівність Клазіуса-Дюгема): 
 
���� = ���� + ���� + ���� ≥ 0,                                                  (5.9) 
 
 
 
 
де ���� – функція теплової дисипації тепловим потоком ����; 
 ���� – функція механічної дисипації; 
 ���� – функція об’ємної дисипації, що обумовлена наявністю внутрішніх 
джерел енергії ����. 
 
Функція теплової дисипації тепловим потоком ����: 
 
1
���� = ���� · �� .                                                          (5.10) 
��
 
Функція механічної дисипації: 
 
��
�� = · ��н
�� .                                                        (5.11) 
��
 
Функція об’ємної дисипації, що обумовлена наявністю внутрішніх джерел 
енергії: 
����
���� = �� · .                                                         (5.12) 
��
 
Приймаючи до уваги гіпотезу про існування деякої поверхні Ф, визначеної в 
просторі напружень як границя відновлювального і не відновлювального станів, 
функцію механічної дисипації представимо у вигляді: 
 
���� = �� (Ф) · Ф,                                                        (5.13) 
 
де �� (Ф) – деякий множник. 
 
Базуючись на (5.13) отримаємо наступну систему визначальних співвідношень 
незворотнього деформуючого матеріалу: 
 
��н = ������ · н̇
���� ,                                                        (5.14) 
 
��Ф
н̇
���� = ��(Ф) · .                                                   (5.15) 
��������
 
Потенціал Ф, що визначає умову переходу процесу деформування ізотропного 
 
 
 
матеріалу з відновлювального у не відновлювальний (або навпаки), представимо у 
вигляді: 
��2 ��2
Ф(��, ��, ��, ��) = + − (1 − ��) · ��2 = 0,                             (5.16) 
�� ��
де �� – рівень гідростатичного тиску в матеріалі; 
1
��2 – другий інваріант девіатора напружень: ��2 = · ������; 
2
������; ��; ��; �� – функції пористості, що залежать від властивостей матеріалу; 
�� – границя текучості твердої фази матеріалу 
 
Припускаючи, що �� =0; �� = 1/3; �� → ∞ отримаємо умову текучості Мізеса, 
що описує процес пружно-пластичного деформування ізотропного ідеального (без 
пористого) нестискаючого матеріалу. 
Підставляючи (5.16) в (5.15) отримаємо: 
 
��(Ф) 2
н̇
���� = (�� · ������ + ( · �� − ��) · �� · ������).                            (5.17) 
�� · �� 3
 
Перетворюючи (5.17) отримаємо: 
 
1 1
������ = · (�� · н̇
���� + (�� − · ��) · ��н · ��шл),                        (5.18) 
��(Ф) 3
 
Розглядаючи процес нерівноважного незворотного деформування, вважаємо 
��
що повні напруження ������ можуть бути представлені у вигляді суми рівноважної ������ і 
нерівноважної ��н
���� складових: 
 
��
������ = ������ + ��н
����                                                         (5.19) 
 
Особливістю даної моделі являється те, що поняття рівноважної 
пружнов’язкої течії являється альтернативним описанням пружно-пластичної 
поведінки. 
Рівноважну складову тензора напружень (5.19) визначаємо по формулі: 
 
 
 
 
 
�� �� · √�� 1
������ = · (�� · н̇
���� + (�� − · ��) · ��н · ������)               (5.20) 
√�� · ��2 + �� · ��2 3
де �� – другий інваріант девіатора швидкостей деформацій ��?̇?. 
 
В свою чергу для в’язкої (нерівноважної) складової тензора напружень маємо: 
 
1
��н
���� = 2 · �� · (�� · н̇
�� ���� + (�� − · ��) · ��н · ������)                        (5.21) 
3
де ���� – коефіцієнт в’язкості твердої фази матеріалу/ 
 
���� = �� −��1·�� ��2 ��3
��о · ��1 · �� · ��2 · Г · ��3 · �� ,                             (5.22) 
��
де Г∫ ������; ��
0 ��о · ��1 · ��2 · ��3 · ��1 · ��2 · ��3  – константи; 
�� – температура. 
 
Підставляючи (5.20) і (5.21) в (5.19), отримаємо визначальні співвідношення 
в’язкоаластичності у вигляді: 
 
�� · √�� 1
������ = · (�� · н̇
���� + (�� − · ��) · ��н · ������) + 
√�� · ��2 + �� · ��2 3
 
1
+2 · ���� · (�� · н̇ н
���� + (�� − · ��) · �� · ������)                         (5.23) 
3
 
З рівняння (5.23) маємо: 
 
√�� · ��2 + �� · ��2
н
���� = ( )х 
�� · �� · (�� · √�� + 2 · ���� · √�� · ��2 + �� · ��2)
 
1
х ((�� · ������ + ( · �� − ��) · �� · ������)).                                (5.24) 
3
 
Альтернативний варіант визначальних співвідношень типу (5.24) можна 
отримати на основі закона течії (5.12): 
 
 
 
1
��(Ф) = (��(Ф)),                                                   (5.25) 
����
��(Ф), при Ф > 0 − нерівноважний стан;
де ⟨��(Ф)⟩ = {  
0,   при Ф ≤ −рівноважний стан.              
 
Функцію ��(Ф) приймаємо у вигляді: 
 
��2 ��2
√ +
 �� ��
��(Ф) =  − 1.                                            (5.26) 
�� · √��
( )
 
Таким чином вигляд (5.15) з урахуванням (5.25) і (5.26) приймає вигляд: 
 
��2 ��2
1 √ + − √�� · ��
н̇ �� �� 1
= ·   
���� · (�� · ��
2 · �� ���� + ( · �� − ��) · �� · ������)     (5.27) 
�� �� · �� · √�� · �� 3
( )
 
Співвідношення (5.24) або (5.27) можна представити в узагальненій матричній 
формі: 
{ н̇} = [��н] · {��},                                                      (5.28) 
 
Складову [��н] розраховуємо по формулі: 
 
[��н] = ��н · [��н],                                                      (5.29) 
 
Складову ��н розраховуємо для дфної моделі по формулі: 
 
√�� · ��2 + �� · 2
��н =                                   (5.30) 
√�� · �� + 2 · ��к√�� · ��2 + �� · 2
 
Представлена нижче модель (5.30) нерівноважного незворотного процесу 
деформування середовища можна представити у відповідності фізичному механізму 
в’язкопластичної поведінки матеріалу: 
 
 
 
 
2 1 1 1 1 1
 +     − +      − +      0     0     0
3·�� 3·�� 3·�� 9·�� 3·�� 9·��  
 2 1 1 1
                          +       − +      0     0     0  
 3·�� 3·�� 3·�� 9·��  
 2 1
                                                    +       0     0     0  
3·�� 3·��
[��н] =   
1                (5.31) 
                                                                                 0     0  
��
 1  
 симетрично                                                               0 
��  
 1  
[                                                                                             �� ]
 
Отримання визначальних співвідношень пружнов’язкопластичної поведінки 
матеріалу можливе на основі компіляції моделей середовищ в формі (5.8) і формах 
(5.24) чи (5.27). Для цього скористаємось кінцево-різницевою дискретизацією 
процесу деформування по часу. 
На основі 2-х шарової апроксимації похідної по часу, вектор швидкості 
деформації { н̇} в поточний момент часу �� ���� ≤ �� ≤ ����+1 визначаємо лінійною 
комбінацією відповідних векторів на �� -му і �� + 1 часових шарах: 
 
{ н̇} = (1 − ?⃗? ) · { н̇}�� + ?⃗? · { н̇}��+1,                                   (5.32) 
де ?⃗?  – ваговий множник 0 ≤ ?⃗? ≤ 1. 
 
Ваговий множник: 
�� − ��
?⃗? 
��
= .                                                           (5.33) 
∆��
 
Вектор { н̇}��+1 в (5.32) розкладемо в ряд Тейлора по часовому аргументу �� в 
колі точки ����: 
��
����−1 (∆�� ��
��)
{ н̇}��+1 = ∑ · { н̇} · + �� · (∆�� )��+1 ≈   
������−1 �� ��
0
≈ { н̇} + ([?̇?н
�� ] · [��]�� + [��н] · {?̇?}��) · ∆����.                         (5.34) 
��
 
Підставляючи (5.34) в (5.32), отримаємо: 
 
 
 
{ н̇} = (1 − ?⃗? ) · { н̇} + ?⃗? · { н̇
�� }�� + ?⃗? · ∆���� · [?̇?н] · [��] + 
�� ��
+?⃗? · ∆���� · [��н]�� · {?̇?}�� = { н̇}�� + [��]�� · {?̇?}�� + ?⃗? · ∆���� · [?̇?н] · [��]��,    (5.35) 
��
де [��] = ?⃗? · ∆���� · [��н]��. 
 
Записавши визначення співвідношення пружного матеріалу в формі закона 
Гука: 
{?̇?} = [����] · { ?̇?}                                                      (5.36) 
 
з врахуванням закона адитивності, що випливає із (5.6): 
 
{ ̇} = { ?̇?} + { н̇}                                                      (5.37) 
маємо: 
{?̇?}�� = [����] · ({ ̇} − { н̇}�� − [��]�� · {?̇?} − ?⃗? · ∆�� н
�� · [?̇? ] · [��]��)         (5.38) 
��
 
[��] + [����] · [��]�� · {?̇?} = [����] · ({ ̇} − { н̇}�� − ?⃗? · ∆���� · [?̇?н] · [��]��)     (5.39) 
��
 
або: 
{?̇?} = [��������
�� ]�� · { ̇} − {����}��,                                          (5.40) 
де [��������]�� – конституціональна матриця пружно-в’язко-пластичності 
 
Конституціональна матриця пружно-в’язко-пластичності: 
 
[��������] = ((����)−1 + (��) )−1
�� �� .                                        (5.41) 
 
 Складова {����}��: 
 
{����} = [��������] · { н̇
�� �� }�� + ?⃗? · ∆���� · [?̇?н] · [��]��,                       (5.42) 
��
при: 
[?̇?н] = ?̇?н · [��н
�� ] н н
�� + ���� · [?̇? ] .                                        (5.43) 
�� ��
 
 
 
 
Для моделі (6.27): 
 
��−1
�� �� 2 ̇
н екв ?̇?екв ��екв(2 · �� · �� + ?̇? · ��)
?̇?�� = · ( − 1) · ( − )  (5.44) 
2 · ���� √�� · �� 2 · ?̇? ⁄
екв · √�� · �� 2 · ��3 2 · ��2
 
Для моделі (6.24): 
 
�� · (2 · �� · �� +̇ ?̇? · ��)
?̇?н екв
�� = 2 ;                                 (5.45) 
2 · √�� · (√�� · �� + 2 · ���� · ?̇?екв)
 
��2 ��2
��екв = √ + ;                                                     (5.46) 
�� ��
 
?̇? = √�� · ��2 + �� · ��2
екв ;                                                (5.47) 
 
  ��        ��        ��        0         0         0
              ��        ��        0         0         0  
  
н                          ��         0         0         0
[?̇? ] =                             (5.48) 
                                      ��         0         0  
    симетрично                      ��         0  
[                                                              �� ]
 
де ��, �� і �� – складові математичної моделі. 
 
Складова ��: 
2 ?̇? ?̇?
�� = · − ;                                                 (5.49)  
3 ��2 9 · ��2
Складова ��: 
?̇? ?̇?
�� = − ;                                                 (5.50)  
3 · ��2 9 · ��2
Складова ��: 
?̇?
С = − .                                                          (5.51)  
��2
 
 
 
Поряд з диференційними рівняннями будемо використовувати інтегральний їх 
аналог, що випливає із варіаційного рівняння рівноваги: 
 
�� �� ��
∫{∇ · �� · ?⃗? ̇} · {?̇?}���� − ∫{?̇?} · {�� · ?⃗? ̇} ���� − ∫{?̇?} {�� · ?⃗? ̇} ����,            (5.52) 
                          ��                                                       ��                                                �� 
де {�� · ?⃗? ̇} – вектор варіації шуканих величин швидкостей переміщень; 
{?̇?}, {?̇?}, – вектори об’ємних і поверхневих навантажень відповідно. 
 
5.2 Використання проекційно-сіткових методів рішення 
Для вирішення сформульованої крайової задачі використовуємо проекційно-
сіткові методи в формі методів кінцевих елементів (МКЕ) по просторовим змінним і 
методу кінцевих різниць (МКР) по часовому аргументу. 
В результаті просторової дискретизації на основі МКЕ, отримаємо 
“дискретний” аналог рівняння (5.52) для моменту часу ����, замінюючи його сумою 
вкладів окремих елементів в кількості ����: 
 
���� ����
∑∫[��]���� · [����] · [����] · {?̇?} ���� − ∑∫[��]���� · {����}������ − 
1 1
                      ����
��                                                                             ����
��  
 
���� ����
−∑∫[��]���� · {?̇?} ���� − ∑∫[��]���� · {?̇?} · {��} ���� = 0,                  (5.53) 
�� ��
1 1
��
                            ����
��                                                  ���� 
 
або в матричній формі: 
 
[��] · {?̇?} = {?̇?��} + {?̇?��} + {?̇?����
�� }                                  (5.54) 
�� �� ��
де [��]�� – матриця жорсткості для системи елементів; 
{?̇?��}  – вектор швидкості зміни вузлових сил, еквівалентних зміні об’ємного 
��
навантаження; 
 
 
 
 
{?̇?��}  – вектор швидкості зміни вузлових сил, еквівалентних зміні 
��
поверхневому навантаженню; 
{?̇?����}  – вектор швидкості зміни вузлових сил, еквівалентних зміні не 
��
рівноважних напружень. 
 
Відмітимо, що ∆���� = ����+1 − ���� визначає часовий інтервал числової реалізації 
релаксаційних механізмів, обумовлених нерівноважністю процесу деформування. 
Матриця жорсткості для системи елементів: 
 
����
[��]�� = ∑∫[��]���� · [����] · [����] · {?̇?} ����                                  (5.55) 
1
 
Вектор швидкості зміни вузлових сил, еквівалентних зміні об’ємного 
навантаження: 
����
{?̇?��} = ∑∫[��]���� · {?̇?} ����                                           (5.56) 
�� ��
1
                                                                             ����
��  
 
Вектор швидкості зміни вузлових сил, еквівалентних зміні поверхневому 
навантаженню: 
 
����
{?̇?��} = ∑∫[��]���� · {?̇?} · {��} ����                                         (5.57) 
�� ��
1
��
                                                                                           ���� 
 
Вектор швидкості зміни вузлових сил, еквівалентних зміні не рівноважних 
напружень: 
����
{?̇?����} = ∑∫[��]���� · {����}������                                         (5.58) 
��
1
                                                                               ����
��  
 
 
 
 
У відповідності кінцево-різнецевому по часу підходу, здійснюємо 
інтегрування (5.43) на часовому інтервалі ∆���� = ����+1 − ����. Відмітимо, що ∆���� в 
даному випадку визначає дискретний часовий інтервал при чисельній реалізації 
заданого закону силового навантаження і в загальному випадку не співпадає з ∆����: 
 
∆���� ≥ ∆����                                                           (5.59) 
 
Таким чином, маємо: 
 
{?⃗? ��+1} = {��}�� + (1 − ��) · ([��]−1
�� )�� · (({��}��)��+1 − ({��}��)��) + 
+�� · ([��]−1
�� )��+1 · (({��}��)��+1 − ({��}��)��)                               (5.60) 
де 0 ≤ �� ≤ 1 визначає вид різницевого оператора. 
 
Таким чином, прийнята просторова-часова дискретизація в математичній 
моделі задачі обумовлює перехід від швидкостей зміни параметрів {?̇?}, {?̇?}, { ̇}, {?̇?} 
до їх приростів {∆��}, {∆��}, {∆ }, {∆��}, тобто перехід від просторового 
(“Ейлерового”) до математичного (“Лагранжового”) способів описання руху 
деформуючого тіла. 
5.3 Опис програми моделювання потоків FlowVision 
Програмний комплекс FlowVіsіon призначений для моделювання тривимірних 
потоків рідини і газу в технічних і природних об'єктах, а також візуалізації цих 
потоків методами комп'ютерної графіки.  
Моделюючі потоки можуть бути стаціонарні й нестаціонарні, стисливі, слабо 
стискувані і нестискувані потоки рідини й газу. Використання різних моделей 
турбулентності і адаптивної розрахункової сітки дозволяє моделювати складні рухи 
рідини, включаючи потік із сильним закрученням, горінням, потік з вільною 
поверхнею.  
FlowVіsіon заснований на кінцево-об'ємному методі рішення рівнянь 
гідродинаміки і використовує прямокутну адаптивну сітку з локальним 
подрібненням. Для апроксимації криволінійної геометрії з підвищеною точністю 
 
 
 
 
FlowVіsіon використовує технологію підсіткового дозволу геометрії. Ця технологія 
дозволяє імпортувати геометрію із систем САПР і обмінюватися інформацією із 
системами кінцево-елементного аналізу. Використання цієї технології дозволило 
вирішити проблему автоматичної генерації сітки – щоб згенерувати сітку, досить 
задати всього лише кілька параметрів, після чого сітка автоматично генерується для 
розрахункової області, що має геометрію будь-якого ступеня складності.  
Щоб почати працювати із програмним комплексом FlowVіsіon, необхідно 
мати на персональному комп'ютері операційну систему.  
Wіndows ME/2000/XP і систему автоматизації проектування (САПР), у якій 
задається геометрія розрахункової області. Як правило, використовуються системи: 
SolіdWorks, Autocad Mechanіcal Desktop, ProEngіneer, КОМПАС. 
5.4 Обробка результатів математичного моделювання процесу течії тіста 
в робочій камері БФА 
Традиційно для визначення раціональних конструктивних розмірів 
обладнання або технологічних режимів проводилися численні експерименти як на 
математичних, так і на фізичних моделях. Нами було розроблено адекватну 
математичну модель процесу течії тіста в камері бродильно-формувального агрегату 
і проведено розрахунки з метою дослідження характеру течії тіста в різних 
конструкціях робочої камери екструдера. Виходячи з конструктивних міркувань для 
початкового розрахунку нами було обрано прямокутний і коловий поперечний 
переріз робочої камери з однаковими об’ємами та параметрами входу і виходу з 
камери. Всі розрахунки проводились при однакових умовах та параметрах 
речовини: тиск P = 0,2 МПа, густина тіста ρ = 1050 кг/м3, в’язкість тіста μ = 4000 
кг/(м·с). Провівши розрахунок з врахуванням прямокутної та колової форми 
поперечного перерізу робочої камери ми змогли побачити наочно характер течії та 
його безпосередньо залежність від форми перерізу. Проаналізувавши ці види 
перерізів ми прийшли до висновку що в обох випадках мають місце застійні зони і 
падіння швидкості по довжині, а також значна нерівномірність течії по перерізу та 
велика ймовірність повільної течії, а в деяких місцях, навіть рециркуляції в 
пристінному шарі. 
 
 
 
Проаналізувавши картину розподілу швидкості (рис. 5.1) в камері для 
прямокутного поперечного перерізу – можна зробити висновок, що ця форма є не 
ефективною і не задовольняє умови достатньої рівномірності потоку та росту 
швидкості в предматричній зоні. Причинами цього є: відсутність в геометрії  
плавних спряжень, що призводить до негативного характеру течії в місцях де йдуть 
різкі зміни геометричної форми – це зона біля входу і виходу з камери. Саме в цих 
місцях виникають найбільші застійні зони і навіть циркуляції потоків. Також 
застійні зони виникають біля стінок (Рис. 5.2), що спричиняє негативний вплив на 
характер течії по центру. 
 
                                                      а)                                      б) 
Рис. 5.1 Результати математичного моделювання прямокутного перерізу 
робочої камери: 
а) поле швидкості течії тіста; б) графік розподілу швидкості течії тіста по 
висоті робочої камери екструдера. 
 
Можна зробити висновок, що для цієї форми перерізу характерно: найбільша 
швидкість потоку по центру камери та повільна течія і застійні зони при наближенні 
до стінок, що в скою чергу дає нерівномірний потік в предматричній зоні з 
 
 
 
 
максимальною швидкістю руху продукту 0,017 м/с. 
Але дана конструкція робочої камери є найпростішою у виготовленні хоча й 
потребує зміцнення ребрами жорсткості, тому що вона деформується при дії 
надлишкового тиску. 
 
                                           а)                                         б) 
Рис 5.2. Результати математичного моделювання прямокутного перерізу 
робочої камери: 
а) потік часток; б) епюри розподілу швидкості в поперечних перерізах камери 
на різній відстані від входу. 
 
Розглядаючи круглу форму перерізу слід зазначити, що її виготовлення також 
є конструктивно простим і, на відміну, від прямокутного перерізу не деформується 
під дією надлишкового тиску, а отже не потребує додаткового зміцнення. 
Розглядаючи детально результати математичного моделювання течії тіста в 
коловому перерізі робочої камери ми побачили як переваги так і недоліки даної 
конструкції. 
Проаналізувавши характер течії тіста в коловій формі перерізу робочої камери 
ми отримали такі результати. Значне розширення робочої камери справляє 
 
 
 
негативний вплив на швидкість потоку. Як бачимо з розподілу швидкості (рис. 5.3) 
по висоті камери: на вході швидкість більша ніж по центру камери – значне 
розширення перерізу спричинило розсіювання потоку по перерізу, і як наслідок 
втрату початкової швидкості, а це є негативний наслідок.  
 
 
                             а)                                                                     б) 
Рис. 5.3. Результати математичного моделювання колового перерізу робочої 
камери: 
а) поле швидкості течії тіста; б) графік розподілу швидкості течії тіста по 
висоті робочої камери екструдера. 
 
Але розглянувши потік часток і розподіл швидкості в перерізах на різній 
відстані від входу (рис. 5.4) ми бачимо, що відсутність різких змін геометрії та 
наявність загальної плавності геометрії дає змогу позбавитись застійних зон біля 
входу в камеру. Але негативним наслідком є збільшення розміру застійних зон і 
появи циркуляції біля виходу з камери. Проаналізувавши епюри швидкості в різних 
перерізах по висоті ми бачимо, що потік в даній формі перерізу є більш рівномірним 
і плавним по всій довжині перерізу, що безперечно є перевагою даної конструкції. 
Хоча величина швидкості і перерізах і на виході є меншою в порівнянні з зі 
швидкістю в тих же перерізах і прямокутній формі. 
 
 
 
 
 
                          а)                                                          б)                                   
Рис. 5.4. Результати математичного моделювання колового перерізу робочої 
камери: 
а) потік часток; б) епюри розподілу швидкості в поперечних перерізах камери 
на різній відстані від входу. 
 
Отже дана конструкція також майже задовольняє умови відносної 
рівномірності потоку в предматричній зоні, але за рахунок своїх конструкційних 
особливостей вона не дає змоги отримати бажану швидкість потоку на виході з 
камери, бо вона сягає всього лиш 0,009 м/с, що є недостатнім, а отже конструкція не 
є оптимальною. 
Проаналізувавши всі переваги і недоліки прямокутної та колової форми 
перерізу ми вирішили синтезували ці дві форми перерізу, послідовними корекціями 
геометричної моделі з розрахунками кожного варіанту було підібрано  геометрія яка є ,в 
якійсь мірі, чимось середнім між прямокутною і коловою формами перерізу – 
овальної форми. Тож дослідивши різні геометричні форми бродильної камери 
методами математичного моделювання ми виявили оптимальну форму яка дозволяє 
отримати рівномірність потоку без значних втрат швидкості по довжині бродильної 
камери і з мінімізацією застійних зон.  
Овальна форма перерізу зберігає в собі переваги прямокутної форми – 
 
 
 
збереження швидкості потоку по центру камери, та уособлює позитивні сторони 
колового перерізу робочої камери – рівномірність потоку, зменшення застійних зон.  
 
                                       а)                                           б) 
Рис. 5.5. Результати математичного моделювання овального перерізу робочої 
камери: а)поле швидкості течії тіста; б) графік розподілу швидкості течії тіста по 
висоті робочої камери екструдера. 
 
Проаналізувавши результати математичного моделювання течії тіста в 
робочій камері овального перерізу ми бачимо, що швидкість по всій висоті камери 
зберігається і зона швидкої течії набагато більша ніж в двох попередніх варіантах. З 
поля швидкості (рис. 5.5) видно, що розширення камери, як і в коловому перерізі, 
негативно вплинуло на швидкість потоку по центру, але цей вплив досить 
незначний тому що радіусність даного перерізу набагато менша. Також ми бачимо, з 
графіка швидкості по висоті руху продукту камери, що в предматричній зоні має 
місце незначне падіння швидкості, а потім стрімкий її ріст – це зумовлене 
зіткненням основного потоку, що рухається по центру і набігаючи потоків які 
рухаються від стінок. 
Розглянувши картину руху часток (рис. 5.6) ми можемо зробити висновок, що 
в цій конструкції набагато менше застійних зон ніж в попередніх двох, хоча ще є 
застійні під стінками – що є негативним фактором. Проаналізувавши епюри 
 
 
 
 
швидкості в поперечних перерізах  ми дійшли висновку, що дана конструкція 
досить позитивно впливає на рівномірність потоку. Епюри швидкості говорять про 
досить рівномірний характер потоку, а отже ,як наслідок, про рівномірне  
випресовування продукту через фільєри матриці. Розглядаючи картину розподілу 
швидкості ми бачимо, що в предмаричній зоні швидкість потоку сягає 0,035 м/с, що 
є досить позитивним фактором. 
 
                                         а)                                                 б) 
Рис. 5.6 Результати математичного моделювання овального перерізу камери: 
а)потік часток ; б) епюри розподілу швидкості в  поперечних перерізах камери 
на різній відстані від входу 
 
Проаналізувавши результати математичного моделювання потоку тіста в 
робочій камері екструдера овальної форми ми можемо говорити про ефективність 
використання даної форми, так як вона задовольняє всі вимоги, що потрібні для 
отримання рівномірного випресовування з високою швидкістю і відповідно високої 
якості екструдату. Слід зазначити, що дана конструкція робочої камери є 
найскладнішою конструктивно, але враховуючи її ефективність цей фактор 
відходить на другий план.  
Нами також було проведено аналіз впливу конфігурації внутрішньої 
порожнини екструдера на рух тіста, мається на увазі використання розподілюючого 
 
 
 
елемента. Використавши розподілюючий елемент ми намагалися досягнути 
розсікання потоку тіста при вході в бродильну камеру, що б дозволило зменшити 
застійні зони і досягти більшої рівномірності потоку, не втрачаючи при цьому 
величини швидкості пресування. Використовуючи розподілюючий елемент. 
 
                            а)                                       б) 
Рис. 5.7. Результати математичного моделювання овального перерізу робочої 
камери з розподілюючим елементом: 
а)поле швидкості течії тіста; б) графік розподілу швидкості течії тіста по 
висоті робочої камери екструдера 
 
Проаналізувавши результати математичного моделювання потоку тіста в 
робочій камері екструдера овальної форми з розподілюючим елементом ми бачимо 
відмінності від результатів моделювання овального перерізу без розділюю чого 
елемента. Розподіл швидкості (рис. 5.7) по висоті перерізу став задовільним, тому 
що ми отримуємо високу швидкість течії в більшій частині потоку. Була 
мінімізована зона падіння швидкості в предматричній зоні по центру каналу, за 
рахунок того, що набігаючи потоки від стінок рухалися більш рівномірно. 
Розглянувши графік швидкості течії по висоті камери ми бачимо, що швидкість 
потоку збільшується рівномірно, а потім стрімко зростає в предматричній зоні. 
 
 
 
 
 
                                           а)                                                      б) 
Рис. 5.8. Результати математичного моделювання овального перерізу робочої 
камери з розподілюючим елементом: 
а) потік часток; б) епюри розподілу швидкості в поперечних перерізах камери 
на різній відстані від входу 
 
Аналізуючи потік часток (рис. 5.8) ми бачимо, що розміри застійних зон 
помітно зменшились, в порівнянні з овальною формою без розподілюючого 
елемента, і вже не справляють відчутної дії на характер потоку. З епюр швидкості 
по поперечних перерізах видно, що розподіл потоку став ще більше рівномірним, 
що позитивно впливає на вихід продукту. Максимальний розмір швидкості сягає 
0,024 м/с, що є меншим ніж в овальному перерізі без розділюю чого елемента, але це 
не критично і негативного впливу не приносить. 
Проаналізувавши впровадження в конструкцію робочої камери овальної 
форми розділюючого елемента дозволяє отримати достатньо рівномірний потік на 
 
 
 
виході з камери і достатньо високу швидкість випресовування. Розроблена нами 
конструкція робочої камери у вигляді овального поперечного перерізу є найбільш 
ефективною і оптимальною для отримання задовільного розподілу швидкості по 
перерізу, а використання розподілюючого елемента робить дану конструкцію ще 
більш оптимальною і ефективною. Нижче подані графіки, що відображають 
характер течії в різних формах робочої камери екструдера. 
4
1
3
2
H, м  
Рис. 5.9. Залежність швидкості течії тіста по висоті камери екструдера: 
1 – прямокутний переріз, 2 – коловий переріз, 3 – овальний переріз, 4 – 
овальний переріз з розділювачем. 
 
Рис. 5.10. Залежність тиску течії тіста по висоті камери екструдера: 
1 – прямокутний переріз, 2 – коловий переріз, 3 – овальний переріз, 4 – 
овальний переріз з розділювачем. 
V, м/с
 
 
 
 
За результатами моделювання процесу течії тіста була спроектована ємність з 
розділюючим елементом та 8 матрицями: 
 
Рис. 5.11. Схема робочої камери бродильно-формувального агрегату 
 
Рис. 5.12. Розріз розрахункової ємності січною площиною 
 
 
 
Висновки до розділу 5 
Результатом роботи стало отримання адекватної математичної моделі процесу 
екструзії, завдяки якій ми детально дослідили процеси що відбуваються в 
порожнині бродильно-формувального агрегату. За допомогою математичної моделі 
було досліджено залежність характеру течії від конструкції та конфігурації робочої 
камери бродильно-формувального агрегату. Проаналізувавши результати 
математичного моделювання ми подали реальні рекомендації щодо оптимізації 
конструкції та конфігурації, та підбору конструктивно обґрунтованої форми робочої 
камери, при проектуванні бродильно-формувального агрегату. Проте швидкість по 
об’єму ємності розподілена не рівномірно та є незначна кількість застійних зон, які 
намагалися звести до мінімуму використовуючи розділюючий елемент та округлені 
ребра конструкції. 
  
 
 
 
 
Загальні висновки 
Наслідком використання екструзійної технології є раціоналізація витрат 
економічних ресурсів, яка досягається заміною одним екструдером цілого 
комплексу машин і механізмів, необхідних для виробництва харчових продуктів. 
Особливістю цього процесу є його універсальність щодо використання сировини і 
різноманітності кінцевих продуктів. Виробництво широкого спектру продуктів 
базується, перш за все, на конструктивних особливостях екструдерів, що дозволяє в 
широких межах змінювати інтенсивність та тривалість оброблення сировини і дає 
можливість одержувати готові продукти з різними властивостями та структурою без 
значних матеріальних витрат. 
Експериментальні дані про вплив надлишкового тиску на дріжджове тісто, на 
жаль, вже не можуть задовільнити необхідне теоретичне підгрунття постійно 
зростаючому інтересу до екструзійної технології для виготовлення хлібобулочних 
виробів. Адже досліди проводились, як правило, під незначними тисками (від 0,01 
до 0,125 МПа), які відповідають лише тискам, що використовуються в 
тістоподільних машинах, та й самі дослідні установки були досить громіздкими, що 
могло давати похибки на результати досліджень. 
В нашому випадку цікаво дослідити вплив надлишкового тиску на дріжджове 
пшеничне тісто, щоб визначити оптимальний інтервал тисків для процесу 
екструдування, та надати рекомендації щодо конструктивних змін вже існуючих 
бродильно-формувальних агрегатів або запропонувати нові. 
Досліджено залежність об’єму дріжджового тіста від тиску при його 
стискуванні та розвантаженні. 
Досліджена зміна об’єму тістової заготовки після дії на неї різних значень 
надлишкових тисків. 
Визначений інтервал тисків, в межах яких варто проводити формування та 
транспортування дріжджового тіста. 
Результатом роботи стало отримання адекватної математичної моделі процесу 
екструзії, завдяки якій ми детально дослідили процеси що відбуваються в 
порожнині бродильно-формувального агрегату. За допомогою математичної моделі 
 
 
 
було досліджено залежність характеру течії від конструкції та конфігурації робочої 
камери бродильно-формувального агрегату. Проаналізувавши результати 
математичного моделювання ми подали реальні рекомендації щодо оптимізації 
конструкції та конфігурації, та підбору конструктивно обґрунтованої форми робочої 
камери, при проектуванні бродильно-формувального агрегату. Проте швидкість по 
об’єму ємності розподілена не рівномірно та є незначна кількість застійних зон, які 
намагалися звести до мінімуму використовуючи розділюючий елемент та округлені 
ребра конструкції. 
  
 
 
 
 
Список використаних джерел 
 
1. Використання продуктів екструзії і методів екструзійної обробки у 
хлібопекарському виробництві / Ковбаса В.М., Миронова Н.Г., Ковальов О.В., 
Шепеля Н.В. – К.: УкрІНТЕІ, 1996. – 17 с. 
2. Технологічне обладнання хлібопекарських і макаронних виробництв 
/Лісовенко О.Т., Руденко-Грицюк О.А., Литовченко І.М. та ін. – К.: Наукова думка, 
2000. – 283 с. 
3. Сандул О.О. Дослідження та математичне моделювання процесу 
формування екструзією вибродженого тіста: Дис. на здобуття  канд. техн. наук: 
05.18.12 . – К., 2003. – 196 с.  
4. Николаев Б.А. Структурно-механические свойства мучного теста. – М.: 
Пищевая промышленность, 1976. – 247 с. 
5. Мачихин Ю.А., Мачихин С.А. Инженерная реология пищевых материалов. 
– М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. – 216 с. 
6. Реометрия пищевого сырья и продуктов: Справочник / Ю.А. Мачихин, А.В. 
Горбатов, А.С. Максимов и др. / Под ред. Ю.А. Мачихина. – М.: Агропромиздат, 
1990. – 272 с. 
7. Головань Ю.П., Ильинский Н.А. Технологическое оборудование 
хлебопекарных предприятий – М.: Пищевая промышленность. 1971 г. – 406с. 
8. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин: Учеб. 
Пособие для машиностроит. Спец. Вузов.  – 4-е  изд., перераб. И доп. – М.: Высш. 
Шк., 1985 – 416с., ил. 
9. Зайцев Н.В. Технологическое оборудование хлебозаводов. – М.: Пищевая 
промышленность. – 1967. 583с. 
10. Ковбаса В.М., Дорохович А.М., Хіврич Б.І. Застосування екструзії у 
виробництві нових харчових  продуктів. – К.: УкрІНТЕІ, 1995 – 64с.  – (Нове у 
науці, техніці та виробництві: Огляд. інформ. сер. пром. Переробка та зберігання 
харчових продуктів. Вип..1)  
 
 
 
11. Харламов С.В. Практикум по расчету и конструированию машин и 
аппаратов пищевых производств. – Л.:Агропромиздат.1991. – 256с.  
12. Разработка численного метода расчета неупругого деформирования 
цилиндрических заготовок из порошковых материалов в процессе обработки 
давлением (отчет по НИР), Штефан Е.В. – Киев, 1988-95 с. 
13. Орлов П.И. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие в 
3-х книгах. Изд, 2-е, перераб. и  доп. М., «Машиностроение», 1977. 
14. Остриков А.Н. и др. Экструзия в пищевой технологии/ А.Н. Остриков, 
О.В.Абрамов, А.С. Рудометкин – СПб.: ГИОРД, 2004. – 288с.: ил. 
15. Павлище В.Т. Основи конструювання та розрахунок деталей машин: 
Підручник.- К.: Вища шк., 1993. –  556 с., іл. 
16. Реометрия пищевого сырья и продуктов: Справочник /Под ред. Ю. А. 
Мачихина. – М.: Агропромиздат. – 1990. – 271 с. 
17. Соколов В.И. Основы расчета и конструирования машин и апаратов 
пищевых производств: Учебник для втузов, М.: Машиностроение , 1983. – 447 с., ил. 
18. Основы конструирования и расчёта химической аппаратуры. Лащинский 
А.А., Толчинский А.Р., Л., «Машиностроение», 1970 г., 752 стр. Табл. 476. Илл. 418. 
Библ. 218 назв. 
19. Панфилов В.А. Технологические линии пищевых производств. – М.: 
Колос, 1993. – 288 с. 
20. Панфилов В.А. Машины и аппараты пищевых производств (1 том). – М.: 
«Высшая школа», 2001. – 681 с. 
21. Панфилов В.А. Машины и аппараты пищевых производств (2 том). – М.: 
«Высшая школа», 2001. – 703 с. 
22. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т.1. – 8-е 
изд. перераб. и доп. Под. ред. И.Н. Жестковой. – М.: Машиностроение, 2001. – 920 
с.: ил. 
23. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т.2. – 8-е 
изд. перераб. и доп. Под. ред. И.Н. Жестковой – М.: Машиностроение, 2001. – 915 с.: 
ил. 
 
 
 
 
24. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т.3. – 8-е 
изд. перераб. и доп. Под. ред. И.Н. Жестковой – М.: Машиностроение, 2001. – 864 с.: 
ил. 
25. Ванін В.В., Бліок А.В., Гнітецька Г.О. Оформлення конструкторської 
документації: Навч. Посіб. 3-вид. –К.: Каравела, 2004. – 160 с. 
  
 
 
 
Додатки 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. Консультанти розділів магістерської роботи 
 
Прізвище, ініціали та посада  Підпис, дата 
Розділ 
консультанта завдання видав завдання прийняв 
Розділ 1 Хандюк М.В., ст. викладач                  02.09.21                  02.12.21 
Розділ 2 Хандюк М.В., ст. викладач                 02.09.21                  03.12.21 
Розділ 3 Хандюк М.В., ст. викладач                  02.09.21                  03.12.21 
Розділ 4 Хандюк М.В., ст. викладач                 02.09.21                  04.12.21 
Розділ 5 Хандюк М.В., ст. викладач                  02.09.21                  04.12.21 
    
    
 
7. Дата видачі завдання              03.09 2021 р. 
 
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН 
Строк   
№ Назва етапів дипломного 
виконання Примітка 
з/п проекту (роботи) 
етапів МКР 
1. Розділ 1. Аналіз наукових і практичних проблем  
23.09.21 
екструдування харчових мас 
2. Плакат 1 30.09.21  
3. Плакат 2 07.10.21  
4. Плакат 3 07.10.21  
5. Розділ 2. Методика проведення дослідження 14.10.21  
6. Плакат 4 21.10.21  
7. Плакат 5 28.10.21  
8. Плакат 6 04.11.21  
9. Розділ 3. Обґрунтування впровадження бродильно-  
формувального агрегату в лінію виробництва  
хлібобулочних виробів 
9. Плакат 7 11.11.21  
10. Креслення 8 11.11.21  
 Розділ 4. Конструктивні розрахунки бродильного-  
 
формувального агрегату 
11. Креслення 9 18.11.21  
12. Розділ 5. Математичне моделювання течії тіста в  
18.11.21 
робочій камері бродильно-формувального агрегату 
13 Креслення 10 25.11.21  
14. Плакат 11 02.12.21  
 
Магістрант                                            __________                Лівий О.В. 
 
Керівник магістерської роботи             _________                Хандюк М.В.
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
