Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

МОДЕРНИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ НАТЯЖНОГО РОЛИКА ДЛЯ УПАКОВЫВАНИЯ КОЛБАСНЫХ ИЗДЕЛИЙ В ТЕРМОУСАДОЧНУЮ ПЛЕНКУ

Бородулин Д.М. 1 Непомнящая Т.И. 1 Клопова К.В. 1 Никитенко Я.Г. 1 Шепиева Б.М. 1 Черданцева А.А. 1
1 ФГБОУ ВО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет)»
Результаты данной работы направлены на повышение производительности упаковывания штучных изделий и сокращение брака по термоусадочной пленке за счет модернизации натяжного ролика. В ходе экспериментальной части определена величина натяжения ленты до и после модернизации, а также изучена зависимость провисания ленточного материала от его ширины и скорости работы оборудования. Таким образом модернизируемый полиуретановый ролик позволяет увеличить силу натяжения ленты на 5–10?%. Кроме того, было доказано, что провисание ленты в зависимости от ширины и скорости работы оборудования при замене стального ролика на полиуретановый в упаковочной машине Delta FloBAG сокращается в 2 раза. Разработанная конструкция полностью отвечает заданным техническим требованиям и не имеет аналогов на рынке. Предложенное техническое решение рекомендовано для внедрения в производство.
конструкция
ролик натяжения
ленточный материал
мясная промышленность
1. Голубев И.Г. Оборудование для переработки мяса / И.Г. Голубев, В.М. Горин, А.И. Парфентьев. – М., 2005. – 220 с.
2. Митрофанов В.П. Технологическое оборудование и оснастка упаковочного производства / В.П. Митрофанов, В.И. Бобров. – М.: МГУП, 2003. – 204 с.
3. Непомнящая Т.И. Повышение эффективности работы упаковочной машины за счет модернизации натяжного ролика / Непомнящая Т.И., Бородулин Д.М. // Тенденции науки и образования в современном мире. – 2016. – № 18–2. – C. 31–32.
4. Пат. 1431669 РФ, Устройство для подачи ленты / Чубуков А.А., Четвериков Л.Н.; заявитель и патентообладатель Государственное предприятие «Ижевский механический завод». – № 97100084/12; заявл. 06.01.1997; опубл 10.07.1998, Бюл. № 9. – 1 с.
5. Расчет ленточных и цепных конвейеров: методические указания, задания и примеры выполнения расчетно-графических контрольных работ / Н.А. Грубе. – Санкт-Петербург: ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова», 2012. – 43 с.

В настоящее время на предприятиях пищевой промышленности России ежегодно разрабатывается несколько видов новой продукции. Не исключением является мясная промышленность. Например, в Крестьянском хозяйстве Волкова в городе Кемерово выпускается порядка 10–15 единиц новой продукции в год, которая требует разработки новой упаковки, отвечающей современным требованиям по экологичности, безопасности и устойчивости к воздействию окружающей среды. В частности, при упаковке варено-копченой колбасы необходимо использовать термоусадочную пленку, поскольку она отвечает данным требованиям.

В Крестьянском хозяйстве Волкова используется упаковочное оборудование горизонтального типа, формирующее из одного рулона пленки трехшовные пакеты-«подушки». В процессе упаковывания возникает ряд проблем, приводящих к негерметичности упаковки и, как следствие, к возобновлению упаковочного процесса, приводящего к значительному увеличению расхода пленочного материала. Поэтому разработка нового упаковочного оборудования или модернизация существующего является актуальной для предприятий мясной промышленности и частных хозяйств.

В связи с этим целью настоящей работы являлась модернизация упаковочной машины, входящей в технологическую линию по упаковке варено-копченой колбасы производительностью 240 шт/ч.

borod1.tif

Рис. 1. Схема упаковочной машины Delta FloBAG: 1 – блок продольной запайки; 2 – блок поперечной запайки; 3 – блок держателя рулона; 4 – стол подачи продукта; 5 – отводящий конвейер; 6 – панель оператора; 7 – пневматический штамп

Достижение поставленной цели осуществлялось путем решения следующих задач:

1. Повышение производительности упаковывания колбасных изделий и сокращение брака по термоусадочной пленке за счет модернизации ролика.

2. Проектировка натяжного ролика, предотвращающего провисание термоусадочной пленки.

3. Определение величины натяжения ленты до и после установки модернизируемого ролика.

4. Изучение зависимости провисания ленты от ее ширины и скорости работы оборудования.

Объектом исследования являлась упаковочная машина Delta FloBAG [1], общий вид которой представлен на рис. 1.

Предметом исследования было определение силы натяжения, влияющей на провисание термоусадочной пленки на модернизируемых валах.

Результаты исследования и их обсуждение

В ходе эксплуатации упаковочной машины было выявлено провисание пленочного материала на валах под номерами 1 и 3 в зоне узла натяжения (рис. 2), приводящее к замятию кромок ленты и неравномерности ее подачи.

Для устранения данных недостатков была произведена модернизация роликов натяжения 1 и 3, технической новизной которых являлся надетый на вал полиуретановый рукав с ребордами, предотвращающий соскальзывание полотна пленки. Помимо этого на концы вала установлены ограничители, способствующие центрированию пленки [4]. Конструкция модернизируемого полиуретанового ролика представлена на рис. 3.

Таким образом, благодаря данным техническим решениям увеличивается натяжение ленточного материала, который не смещается, точно центрируется относительно заданного направления. Все это приводит к сведению брака к минимуму [3].

borod2.tif

Рис. 2. Геометрическая схема

По известной методике [2] был проведен расчет величины натяжения F, Па, в зависимости от тягового фактора и коэффициента огибания ролика ленточным материалом.

Натяжение на каждом валу исследуемого узла определялось по формуле

bor01.wmf, (1)

где Km – коэффициент увеличения натяжения ленты при огибании ролика (при угле обхвата меньше 300 Km = 1; при угле обхвата 300 – 900 Km = 1,02; при угле обхвата 900 – 1400 Km = 1,03; при угле обхвата 1400 – 1800 Km = 1,04) [5];

Fn-1 – натяжение в предыдущей точке схемы, Па;

Fматериал – добавочное натяжение ленты в зависимости от используемого материала роликов, Па;

W – сопротивление движению ленты (во влажном отапливаемом помещении с небольшим количеством пыли W = 0,025Па).

Натяжение ленты при размотке рулона определялось по формуле

bor02.wmf, (2)

где b – ширина материала, м (b = 400 мм);

δ – толщина материала, м (δ = 55 мкм);

Е – модуль упругости ленты, Па (Епэ+па = 1000 Мпа);

v – скорость движения ленты, м/с (v = 0,1 м/с);

vp – скорость вращения рулона, м/с (vp = 0,03 м/с) [2].

bor03.wmf (3)

Далее были определены значения добавочного натяжения ленточного материала на валах при использовании стальных и полиуретановых роликов.

Натяжение ленты в точках 2:8 при использовании стальных роликов определяется по формулам

bor04.wmf (4)

bor05.wmf (5)

bor06.wmf (6)

bor07.wmf (7)

bor08.wmf (8)

bor09.wmf (9)

bor10.wmf (10)

borod3.tif

Рис. 3. Полиуретановый модернизируемый ролик: 1 – вал; 2 – корпус; 3 – рукав; 4 – заглушка; 5 – ограничитель; 6 – подшипник; 7 – шайба; 8 – гайка; 9 – заглушка; 10 – болт; 11 – шайба

borod4.tif

Рис. 4. Зависимость величины натяжения ленты от используемого материала роликов в различных точках узла (ширина ленты 400 мм, скорость движения 0,1 м/с)

borod5.tif

Рис. 5. Зависимость провисания ленты от скорости ее движения (при постоянной ширине ленты 400 мм) на 1 и 3 валу соответственно

Натяжение ленты в аналогичных точках при использовании модернизируемых полиуретановых роликов равно

bor11.wmf bor12.wmf

bor13.wmf bor14.wmf

bor15.wmf bor16.wmf bor17.wmf

Сопоставленные результаты расчетов приведены в виде графика на рис. 4. Из графика видно, что после установки полиуретанового ролика начинается увеличение силы натяжения пленки на всем последующем участке натяжения ленты примерно на 5–10 % [3].

Полученные данные можно описать с достаточной степенью точности (R2 = 0,9949) при помощи полинома второго порядка:

bor18.wmf (11)

После внедрения полиуретанового ролика в производство были изучены зависимости провисания ленты от ее ширины и скорости работы оборудования, результаты которых представлены в таблице.

Зависимости провисания ленты от ее ширины и скорости работы оборудования

№ п/п

Ширина ленты, B, мм

Скорость работы, V, м/с

Номер ролика

Стальной ролик

Полиуретановый ролик

Значения величины провисания, мм

Среднее значение L, мм

Значения величины провисания, мм

Среднее значение L, мм

L1

L2

L3

L1

L2

L3

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1

400

0,1

1

60

58

62

60

26

28

30

28

2

3

30

27

31

29

13

13

15

14

3

0,3

1

105

106

103

105

50

53

49

51

4

3

52

53

50

52

25

26

24

25

5

0,5

1

110

108

109

109

58

59

56

58

6

3

55

54

53

54

26

29

28

28

7

400

0,1

1

60

58

62

60

26

28

30

28

8

3

30

27

31

29

13

13

15

14

9

450

1

75

80

78

78

52

54

55

54

10

3

37

40

39

38

26

27

27

27

11

500

1

89

88

90

89

60

62

59

60

12

3

45

44

45

45

30

31

29

30

borod6.tif

Рис. 6. Зависимость провисания ленты от ее ширины (при постоянной скорости движения ленты 0,1 м/с) на 1 и 3 валу соответственно

Для лучшего восприятия численных значений результаты данных исследований представлены на рис. 5. Из графиков видно, что увеличение скорости приводит к провисанию ленты, а установка полиуретанового ролика сокращает его в 2 раза.

Полученные графические данные с высокой точностью описываются следующими регрессионными уравнениями.

На 1 валу для стального ролика:

bor19.wmf (12)

а для полиуретанового:

bor20.wmf (13)

На 3 валу для стального ролика:

bor21.wmf (14)

а для полиуретанового:

bor22.wmf (15)

На рис. 6 представлены результаты исследований зависимости провисания ленты от ее ширины при постоянной скорости транспортировки 0,1 м/с, которые также подтверждают целесообразность применения полиуретанового ролика по отношению к стальному.

Полученные данные апроксимировались при помощи полинома второго порядка:

На 1 валу: для стального ролика:

bor23.wmf (16)

для полиуретанового ролика:

bor24.wmf. (17)

На 3 валу: для стального ролика:

bor25.wmf (18)

для полиуретанового ролика:

bor26.wmf (19)

Решения поставленных задач позволяют сделать следующие выводы:

1. Произведена модернизация упаковочной машины, приводящая к увеличению ее производительности и сокращению образования брака по термоусадочной пленке.

2. Спроектирован полиуретановый ролик, отвечающий заданным техническим параметрам.

3. Спроектированный полиуретановый ролик позволяет увеличить силу натяжения ленты на 5–10 %.

4. Провисание ленты в зависимости от ширины и скорости работы оборудования при замене стального ролика на полиуретановый в упаковочной машине Delta FloBAG сокращается в 2 раза.

Все это подтверждает целесообразность применения модернизируемого ролика в упаковочных машинах, работающих с рулонной пленкой.


Библиографическая ссылка

Бородулин Д.М., Непомнящая Т.И., Клопова К.В., Никитенко Я.Г., Шепиева Б.М., Черданцева А.А. МОДЕРНИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ НАТЯЖНОГО РОЛИКА ДЛЯ УПАКОВЫВАНИЯ КОЛБАСНЫХ ИЗДЕЛИЙ В ТЕРМОУСАДОЧНУЮ ПЛЕНКУ // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 12-1. – С. 31-36;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=41042 (дата обращения: 07.12.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074