Визначення параметрів штифтових робочих органів машини для замішування тіста

Abstract

For kneading dough semi-finished products made from wheat flour, it is advisable to use pin working members that provide the desired result both at the mixing stage of the components and at the stage of plasticization. But their configuration and operating modes need justification. A new design of a pin kneading member is proposed, which is a shaft with three cylindrical pins welded to it, located on the vertices of a triangle, with one of the pins having a diameter several times larger than the diameters of the other two. To find the relationship between the independent variables (design parameters and the rotation speed of the kneading member) and the objective function – the bread dough viscosity - a full factorial experiment, taking into account nonlinearity and inter-factor interactions, was planned and implemented. The study was performed by simulation method in the FlowVision licensed software complex. The simulation takes into account the properties of the dough as a pseudoplastic fluid whose viscosity and flow index are velocity dependent. The optimization problem – finding the minimum dough viscosity – has been solved analytically. When kneading the dough at the plasticization stage, it is necessary to ensure the creation of circulating vortices. The most favorable areas of their formation are those where the product velocity is the highest and the viscosity, respectively, the lowest. To obtain the lowest values of viscosity in the process of dough kneading by working members of the pin type, the distance between the pins should be 0.02 m and 0.019 m, and their diameters – 0.014 m and 0.005 m. Also, at the stage of dough plasticization, it is advisable to ensure the kneading member rotation in such a way that the flow of dough first came on the pins of smaller diameter, which have low resistance to movement. At the same time, a low viscosity zone occurs in a large area of the product, in which a large diameter pin moves. It undergoes less resistance to movement, thus creating more vortices at relatively lower energy consumption.

Для замішування тістових напівфабрикатів із пшеничного борошна доцільно використовувати штифтові робочі органи, які забезпечують необхідний результат як на стадії змішування компонентів, так і на етапі пластифікації. Але їх конфігурація і режими роботи потребують обґрунтування. Запропонована нова конструкція штифтового місильного органа, що являє собою вал із привареними до нього трьома циліндричними стержнями, розташованими по вершинах трикутника, при цьому один зі стержнів має діаметр в кілька разів більший, ніж діаметри інших двох. Для знаходження взаємозв’язку між незалежними змінними (конструкційними параметрами і частотою обертання місильного валу) та цільовою функцією – в’язкістю хлібного тіста – був спланований і реалізований повний факторний експеримент з урахуванням нелінійності та міжфакторних взаємодій. Дослідження виконано методом імітаційного моделювання в ліцензійному програмному комплексі FlowVision. При моделюванні враховано властивості тіста як псевдопластичної рідини, в’язкість та індекс течії якої залежать від швидкості. Задача оптимізації – пошуку мінімальних значень в’язкості тіста – вирішена аналітично. При замішуванні тіста на стадії пластифікації необхідно забезпечити створення циркуляційних вихорів. Найбільш сприятливими зонами їх формування є такі, де швидкість продукту найбільша, а в’язкість, відповідно, мінімальна. Для отримання найменших значень в’язкості в процесі замішування тіста робочими органами штифтового типу відстань між штифтами повинна становити 0,02 м і 0,019 м, а їх діаметри – 0,014 м і 0,005 м. Також на стадії пластифікації тіста доцільно забезпечити обертання місильного органа в такому напрямку, щоб потік тіста набігав спочатку на стержні меншого діаметру, які мають малий опір руху. При цьому в значній області продукту виникає зона пониженої в’язкості, в якій рухається стержень великого діаметра. Він зазнає меншого опору руху, завдяки чому створює більшу кількість вихорів при порівняно менших витратах енергії.