При работе шнековых макаронных прессов уплотненное макаронное тесто выдавливается через матрицу неравномерно, а прядями разной длины [1], что является существенным их недостатком. Основными причинами неравномерного выхода прядей макарон из матрицы являются следующие.

     1.  Тесто выпрессовывается в центре с наибольшей скоростью, а по мере удаления от центра скорость прессования уменьшается, затем увеличивается в крайних точках ввиду особых физических свойств теста. Высокая скорость прессования в центре обусловлена законом течения вязкой пластичной массы в канале круглого сечения. Увеличение скорости выпрессовывания у внутренних стенок камеры обусловлено повышением температуры теста на 5–80С. Разница в скорости выпрессовывания повышает долю брака из-за  разной длины макарон.

2.  В предматричное пространство шнеком подается винтообразно закрученный поток теста, который также влияет на распределение скоростей и работу шнека.

Цель исследования

Для  выравнивания давления в предматричной камере и равномерного выхода макаронных изделий из матрицы существует большое число технических решений, направленных на совершенствование конструкций рабочих органов макаронных прессов.

Известно устройство для формования вязких пищевых масс (а.с № 8394669). В этом устройстве с целью снижения энергозатрат и увеличения производительности в предматричной камере расположена винтовая направляющая, выполненная как одно целое с винтовой поверхностью шнека. Но подобное решение усложняет конструкцию шнека.

        По изобретению (а.с. №858707) «Устройство для прессования макаронных изделий» с целью выравнивания скорости прессования и улучшения тем самым качества макаронных изделий используется вибратор, выполненный в форме двояковыпуклой линзы. Однако наличие вибратора с приводом усложняет данное устройство.

       В устройстве, предложенном Ю.А. Калошиным [2], для выравнивания скоростей выпрессовывания в предматричную камеру пресса соосно с матрицей и на некотором расстоянии над ней установлено  тело конусно-цилиндрической формы (рис. 1), которое при выпрессовывании должно  резко изменить  условия течения материала. Тестовая масса, поступающая в плоскопараллельный зазор, образованный плоскостью этого устройства и поверхностью матрицы,  по мере продвижения к центру матрицы  должна   постепенно выровнять скорость.

а)

б)

 

1 — матрица; 2—предматричная камера; 3 — устройство конической формы  для выравнивания скоростей; 4 — опоры; 5 — устройство полусферической формы 

для выравнивания скоростей

Рис. 1. Схема размещения в предматричной камере устройства конической (а) и полусферической (б)  формы  для выравнивания скоростей выпрессовывания

макаронных изделий

       Однако добиться полного выравнивания скоростей выпрессовывания с помощью предложенного устройства не удастся ввиду наличия застойной зоны под конусом высотой  Н.

Для выравнивания скоростей выпрессовывания макаронных изделий нами предложено в данном устройстве заменить конусно-цилиндрическую форму на полусферическую при отсутствии зазора Н (показано на рис. 1б). Диаметр сферы при этом предлагается принять равным внутреннему диаметру шнека.

               Материал и методы исследования

Для изучения процесса прессования макаронных изделий нами разработан малогабаритный пресс, схема которого показана на рисунке 2.

         В бункер 1 с помощью специальных устройств в строго определенных количествах непрерывно загружается тесто, которое, проходя дозатор 2, попадает в корыто 3 тестосмесителя. До этого тесто предварительно замешивается в другом смесителе. Подобный подход к изучению процесса прессования макаронных изделий принят с целью упрощения конструкции разработанной лабораторной  установки, так как макаронные прессы громоздки по конструкции из-за наличия трех или четырех корыт для предварительного, промежуточного и окончательного замеса теста перед прессованием макаронных изделий.

1 — бункер; 2 — дозатор; 3 — корыто тестосмесителя;4 — вал  с лопатками; 5 — мотор-редуктор; 6 — шнековый цилиндр; 7 — шнек; 8 — рубашка охлаждения; 9 — прессовая головка;10 — сменная матрица; 11 — режущий механизм; 12 — обдувочное устройство

Рис. 2. Схема малогабаритного  пресса  для прессования макаронных изделий

Принцип работы пресса заключается в следующем.          

            Лопатки на валу 4 тестосмесителя, расположенные по винтовой поверхности, окончательно замешивают тесто и в конце корыта сбрасывают в шнековую камеру пресса для прессования. Там оно подвергается интенсивному механическому воздействию со стороны винтовой лопасти шнека, постепенно уплотняется, освобождается от включений воздуха, становясь плотной, упруго-пластичной и вязкой массой. Сформировавшееся в шнековой камере тесто нагнетается в небольшое предматричное  пространство, заканчивающееся матрицей, через отверстия которой и выпрессовывается тесто благодаря давлению, созданному в шнековой камере. Это давление развивается вследствие сопротивления формующих отверстий матрицы истечению крутого макаронного теста. Прессующее устройство представляет собой шнековый цилиндр с водяной рубашкой 8 и шнек 7, прессовую  головку 9, сменную матрицу 10, режущий механизм 11 и обдувочное устройство 12. Вращение валов тестосмесителя и шнека осуществляется от мотора-редуктора 5.

              Производительность пресса зависит от  давления, создающегося в шнековой  камере, влажности и температуры теста, скорости прессования, площади живого сечения отверстий и их конфигурации, характера истечения теста через отверстия и ряда других взаимосвязанных факторов.

                 Для прогнозирования процесса прессования теста для производства нитевидных коротко резанных макаронных изделий использовался метод многофакторного планирования экспериментов. Основными факторами, влияющими на процесс прессования теста [4],  приняты: влажность теста (В), площадь живого сечения отверстий в матрице (F), температура теста (Т) и давление в предматричной камере (Р). В качестве параметра оптимизации выбрана производительность пресса (П).

Для установления степени влияния данных факторов на процесс прессования теста использовался полный факторный эксперимент [3]. Условия планирования экспериментов представлены в   таблице 1.

Таблица 1

Условия планирования экспериментов

            Результаты исследования

             Обработка результатов по заданным условиям показывает, что большее влияние на производительность оказывают влажность и температура теста (рис. 3). Это объясняется тем, что при прессовании наблюдается прогрев макаронного теста  вследствие явного недостатка в нем воды.

При прессовании такого теста и соблюдении оптимальной скорости прессования резко возрастает рабочее давление; поверхность изделий становится грубо шероховатой, темной или мучнисто-белой; сами изделия легко обрываются под тяжестью собственной массы.

 

а)

б)

Рис. 3. Зависимость производительности установки: от площади живого сечения отверстий в матрице и влажности теста (а); от давления в предматричной

камере и температуры (б)

             Сырые и готовые изделия из перегретого теста не стойки при сушке и хранении трескаются, образуя лом и крошку.

Слишком низкая температура теста тоже нежелательна: задерживается процесс гидратации белков клейковины, тесто утрачивает пластичность, становится более упругим, увеличивается шероховатость сырых изделий. Расход энергии на прессование холодного теста резко возрастает.

           В результате обработки данных составлено уравнение регрессии, числовые коэффициенты которого позволяют оценить степень влияния исследуемых факторов на параметр оптимизации [5]:

где Х1, Х2, Х3, Х4 – кодированные значения (+1 или –1) факторов;

где      – производительность машины, кг/ч

           – влажность теста, %

– площадь живого сечения отверстий в матрице, %

 – температура теста, 0С

   – давление в предматричной камере, МПа

            Выводы

По результатам проведенных экспериментальных исследований можно рекомендовать следующие оптимальные значения факторов:

1)             влажность теста, % — 13,85;

2)             площадь живого сечения отверстий в матрице, % - 60;

3)             температура теста, 0С – 48;

4)             давление в предматричной камере, МПа – 7,5.

Рецензенты:

Батыров У.Д., д.т.н., профессор, декан Инженерно-технического факультета, ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова», г.Нальчик;

Сабанчиев Х.Х., д.т.н., профессор кафедры «Мехатроника и робототехника», ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова», г.Нальчик.