УСТРОЙСТВО УНИВЕРСАЛЬНОЕ ВИБРАТОРА ДЛЯ ПОСОЛА ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

Полезная модель относится к оборудованию рыбной промышленности, в частности к устройствам для осуществления процесса посола, и может быть использована при производстве соленого полуфабриката для последующего изготовления вяленого или копченого продукта.
Известно устройство для посола мяса (Патент №1042722 от 23.09.83), обеспечивающее наложение поля механических колебаний в процессе посола белкового сырья. Оно отличается тем, что, с целью увеличения выхода готового продукта и ускорения процесса, с целью обеспечения объемного сжатия сырья, шнек оснащен продольными лопастями, жестко закрепленными на ребрах его перьев. При этом устройство снабжено дополнительным шнеком, аналогичного выполнения, установленным с возможностью вращения в сторону, противоположную направлению вращения основного шнека, и расположен так, что его лопасти при вращении входят в пространство между лопастями основного шнека. Все это устанавливается в корпус на амортизаторы пружинного типа. Устройство позволяет подвергать объемному сжатию мясо говядины, обеспечивая его механическое перемешивание с посолочными ингредиентами и одновременную вакуум - вибрационную обработку.
Вакуум составляет 0,03-0,04 МПа, частота вращения шнеков 15-20 об/мин, амплитуда колебания 2-3 мм, частота вращения вибрационных колебаний 12-16 Гц. Продолжительность обработки для мяса, измельченного на волчке с диаметром решетки, равным 3 мм, для колбасных изделий составляет 2-3 мин; для ветчинных изделий 8-20 мин.
Посол с вакуумным вибрационным перемешиванием и циклическим объемным сжатием увеличивает выход готового продукта и ускоряет процесс.
Основным недостатком является неприменимость его в случае посола рыбы, как сырья, требующего по своей природе более щадящих режимов воздействия, тогда как механическое воздействие лопастями в совокупности с эффектом сжимаемости приведет к значительному разрушению морфологии рыбы и продукт будет испорчен. В предлагаемой модели применяется устройство исключающее целесообразность вакуумирования.
Наиболее близким по сущности устройством является «Вибромассажер» (полезная модель РФ №102182 от 20.02.2011) для посола мясных продуктов, который был принят в качестве прототипа.
Данный аппарат включает в себя емкость для загрузки рассола и продукта, которую устанавливают на вибростол, прикрепляемый к раме при помощи пружин и соединенный с вибратором. В состав вибратора включено три зубчатых колеса, одно размещено на валу двигателя вибратора, а два других, образующих пару, содержат дебалансы, позволяющие вращать их разнонаправлено по отношению друг к другу, создавая этим колебания в вертикальной плоскости. Применение простой конструкции вибратора позволяет увеличить срок службы конструкции устройства в целом.
Главный недостаток устройства заключается в том, что режим колебаний продукта и рассола, помещенных в единую емкость, оказывается одинаковым, в результате чего относительная скорость движения при колебаниях на границе раздела фаз (рассол-продукт) является незначительной. Это обстоятельство приводит к недостаточной интенсивности внешнего конвективного массобмена на границе раздела фаз и соответственно малой общей скорости массопереноса соли от рассола к продукту.
Задача, на решение которой направлена полезная модель - повышение эффективности воздействия колебаний на продукт с учетом его особого крепления, что поспособствует расширению арсенала оборудования и емкостей для посола белковых продуктов под воздействием механических колебаний. Технический результат - повышение эффективности массопереноса в процессе посола белковых продуктов. Указанный результат достигается конструкцией вибратора 1, который устанавливается на пружинные амортизаторы 3 и содержит два прямозубых конических зубчатых колеса, которые устанавливаются на валах перпендикулярно валам двигателя, как и дебалансеры 5 на этих же валах, а также две конические шестерни, которые расположены на валу с обеих сторон двигателя 2. Итак, за счет одновременной передачи разнонаправленного движения на валы посредством конических зубчатых пар 4 достигается равная и равномерно распределенная нагрузка по массе на осцилляторы (пружины). Заданные колебания от вибратора передаются на продукт через емкость 6 для посола под воздействием механических колебаний, внутри которой на пружинные амортизаторы 7 устанавливается клетка 8, где за счет разности жесткости пружин основания и вибростола приводят к значительному изменению относительной скорости на границе рассол-продукт для интенсификации процесса посола. Все это приводит к вертикальному интенсивному воздействию механическими колебаниями на продукт.
УУВ (Устройство Универсальное Вибратора) для посола представляет собой единую колебательную систему вибратора 1 и емкости 6. Вибратор 1 устанавливается на пружинные амортизаторы 3, и состоит из двух конических прямозубых пар 4, шестерни которых устанавливаются на валу двигателя 2 с обеих сторон, а зубчатые колеса на валах с дебалансерами 5, располагаются перпендикулярно вращению вала двигателя. Емкость 6 с клеткой 8, закрепляют к вибростолу 1 представленной установки при помощи резинового или силиконового шнура.
Клетка 8 (Фиг. 1) состоит из основания и пружинных амортизаторов 8 в количестве, не менее четырех штук. При работе устройства, благодаря использованию в емкости 6 пружинных амортизаторов 7 меньшего диаметра и отличающихся жесткостью от пружин вибростола, обеспечивается иной режим колебаний продукта от общего режима колебаний рассола. Клетку 8 устанавливают внутри емкости 6 на пружинные амортизаторы 7, прикрепленные с одной стороны ко дну емкости 6, с другой к основанию клетки 8.
Устройство работает следующим образом. В емкость 6 загружают рассол и продукт (рыбу) 9, который закрепляется в клетке 8. Емкость 6 с сырьем, в свою очередь, крепится к вибростолу 1 вибрационной установки, например при помощи силиконового или резинового шнура и фиксируется крючками. При работе УУВ создается равномерное возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости емкости 7. Это обеспечивает колебания рассола, который, вместе с колебаниями от самой емкости приводит в движение клетку 6 и пружинные амортизаторы 7. При этом закрепленный продукт 9 в клетке 8 тоже начинает колебаться, но в силу иной жесткости пружинных амортизаторов 8 уже с другой частотой. Из-за разности частот колебаний вибростола с емкостью и клетки с продуктом, обеспечивается движение со значительной относительной скоростью на границе рассол-продукт. Интенсивность процесса массообмена при посоле возрастает, и общее время операции посола сокращается. После выполнения работы, продукт (рыба) 9 выгружается из емкости 6 и проверяется качество посола.
Параметры сравнения пружинных амортизаторов представлены в таблице 1. Ввиду разницы жесткости пружинных амортизаторов для основания устанавливается иной режим колебаний, чем колебаний емкости, поэтому у продукта будет свой относительный режим колебаний, что позволит создать значительную относительную скорость на границе рассол-продукт. Пружинные амортизаторы 3 и 7 подобраны опытным путем в результате эксперимента, в совокупности с расчетными данными.
В установленный рабочий режим воздействия механическими низкочастотными колебаниями продолжительностью 15-20 минут, включалась амплитуда А=5 мм и частота колебаний f=15-25 Гц.
Итак, данный режим работы устройства обеспечивает условия воздействия на рыбу с учетом ее специфики, требующей щадящий режим из-за хрупкой морфологии структуры, с одновременной интенсификацией процесса посола, т.к. обзор аналогов и прототипа не соответствовал этому требованию всецело. При этом способе интенсифицируется процесс посола почти в 2,5 раза, учитывая полный цикл обработки (виброобработку и досаливание) от ближайших методов по результату. Для обоснования разработки было проведено ряд практических исследований в лаборатории ФГБОУ ВПО УрГАУ, что отражено графически на фигуре 2. Помимо всего, установка улучшила положительные качества прототипа.
Главное преимущество данного устройства - в обеспечении режима колебаний для продукта, отличного от движения рассола, тем самым создается значительная относительная скорость колебаний на границе продукт-рассол и процесс идет интенсивнее, что выражено в таблицах 2 и 3, а также графически (Фиг. 2).
В таблицах 2 и 3, представлены данные по изменению солености рыбы (горбуши и скумбрии) при посоле в устройстве прототипа и полезной модели. При посоле горбуши (табл. 2) с целью получения малосоленой продукции по ГОСТ 7448-2006, устройству прототипа требуется 20-25 минут, в тоже время при устройстве полезной модели, для достижения этой концентрации требуется всего 10 минут. Таким образом, полезная модель требует в 2,5 раза меньше затрат времени, а значит трудозатрат и других ресурсов. Такая тенденция справедлива и для скумбрии (табл. 3), несмотря на отличие биохимического и морфологического состава от горбуши.
На Фиг. 2 показано сравнение кривых изменения средней солености при посоле с вибростимуляцией рыбы: горбуши и скумбрии. Где овалом обозначены кривые по горбуше, а ромбом - скумбрии, а сплошные кривые демонстрируют изменение солености во времени при процессе в прототипе, а пунктирные при процессе с предложенным устройством полезной модели.
Полезная модель показала работоспособность и эффективность, что подтверждается исследованиями, результаты которых приведены в табл. 1, 2, 3 и на Фиг. 2. Эффективность при этом выражается в экономии времени на проведение процесса, а значит и экономии энергии, и трудозатрат.