vestiagИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия аграрных наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Agrarian Series1817-72041817-7239The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"vestiag-231Research ArticleПЕРАПРАЦОЎКА І ЗАХАВАННЕ СЕЛЬСКАГАСПАДАРЧАЙ ПРАДУКЦЫІPROCESSING AND STORAGE OF AGRICULTURAL PRODUCTIONРЕОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ТЕЧЕНИЯ МАКАРОННОГО ТЕСТА В КАНАЛАХ МАТРИЦЫ СТУПЕНЧАТО-ПЕРЕМЕННОГО СЕЧЕНИЯRHEOLOGICAL ASPECTS OF MACARONI BATTER FLOW IN CHANNELS OF MATRIX OF STEP AND VARIABLE SECTIONГрудановВ. Я.GrudanovV. Ya.

доктор технических наук, профессор кафедры технологий и технического обеспечения процессов переработки сельскохозяйственной продукции

D. Sc. (Engineering), Professor

anechkat@tut.byТорганА. Б.TorhanA. B.

кандидат технических наук, доцент кафедры технологий и технического обеспечения процессов переработки сельскохозяйственной продукции

Ph. D. (Engineering), Assistant Professor

anechkat@tut.byБелорусский государственный аграрный технический университетBelarusian State Agrarian Technical University20171702201701109121Copyright © Груданов В.Я., Торган А.Б., 20172017Груданов В.Я., Торган А.Б.Grudanov V.Y., Torhan A.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestiagr.belnauka.by/jour/article/view/231

В настоящее время неравномерность скоростей формирования макаронных изделий по сечению матрицы является нерешенной проблемой как в отечественной, так и в зарубежной практике. Конструкция матрицы является одним их определяющих факторов, влияющим на технико-экономические показатели работы пресса. Матрица включает в себя цилиндрический корпус с колодцами, расположенными на концентрических окружностях, установленные внутри колодцев вкладыши со сквозными формующими отверстиями, сгруппированными в гнезда, при этом наибольшее распространение в промышленности получили матрицы с различной высотой формующих отверстий ступенчато-переменного сечения. В статье предложена новая реологическая модель, с помощью которой устанавливаются соотношения между пластической и вязкой составляющей общего гидродинамического сопротивления при течении макаронного теста в канале ступенчато-переменного сечения. Разработана методика определения минимального давления формования, необходимого для преодоления пределов текучести при сдвиге (предельного сопротивления сдвигу) макаронного теста, находящегося в каналах кругового, кольцевого, прямоугольного и произвольного сечения). Показано, что в общем гидродинамическом сопротивлении преобладает вклад составляющей, обусловленной вязким сдвиговым деформированием при течении. Предложена методика приближенной расчетной оценки скоростных и силовых параметров течения макаронного теста в каналах ступенчато-переменного сечения с использованием модели Бингама. Приведены формулы для определения геометрических характеристик каналов ступенчато-переменного сечения, что позволяет выравнивать скорость вы-прессовывания теста по всей рабочей поверхности матрицы. Результаты исследований могут быть использованы при проектировании формующей оснастки, а также при разработке методов расчета процессов формирования макаронного теста.

 

 

 

 

Nowadays the non-uniform formation speed of macaroni products by the matrix cross section is an unsolved problem in both domestic and foreign practice. The matrix construction is one of determining factors having effect on the engineering and economic indicators of the press operation. The matrix consists of a cylindrical body with wells located on concentric circles, liners installed in the wells, with through formation openings grouped in nests, and nowadays the matrices with different heights of forming openings of step and variable section are most widely used in the industry. The article proposes a new rheological model for establishing interaction between the plastic and viscous component of the total flow resistance for macaroni batter in the channel of step and variable section. The method for determining the minimum forming pressure required to overcome the shear yield point (ultimate shearing resistance) of macaroni batter, located in the channels of circular, ring, rectangular and arbitrary cross-section) is proposed. It is shown that contribution of component in total flow resistance dominates due to viscous shearing at flow. The method of approximate estimation of speed and force parameters of macaroni batter flow in the channels of step and variable section using the Bingham model is proposed. The formulae for determining the geometric characteristics of the channels of step and variable section are presented, allowing to align the batter pressing speed over the entire working surface of the matrix. The research results can be used for designing forming equipment, as well as for developing methods of calculation of macaroni batter formation processes.

сечение макаронной матрицыформующий канал матрицыкоэффициент уплотнения тестагидравлическое сопротивлениескорость выпрессовывания макаронных изделийпроизводительность прессаотверстие ступенчато-переменного сечениядавление формованияmacaroni matrix cross-sectionmatrix formation channelbatter compression rateflow resistancemacaroni products pressing speedpress performanceopening of step and variable sectionforming pressureReferencesРынок макаронных изделий в России // Хлебопродукты. – 2003. – № 4. – С. 8–9.Rynok makaronnykh izdeliy v Rossii [Pasta market in Russia]. Khleboprodukty [Bakery], 2003, no. 4, pp. 8–9. (In Russian).Юсупова, Г. Г. Методы контроля качества муки по реологическим свойствам теста / Г. Г. Юсупова, О. Н. Бердышникова // Хлебопекар. пр-во. – 2011. – № 2. – С. 48–53.Yusupova G.G., Berdyshnikova O.N. Metody kontrolya kachestva muki po reologicheskim svoystvam testa [Quality control methods in respect of rheological properties of dough]. Khlebopekarnoe proizvodstvo [Bakery], 2011, no, 2, pp. 48–53. (In Russian).Исследование изменения реологических свойств теста из муки различных сортов пшеницы при их смешивании / Д. М. Сычева [и др.] // Техника и технология пищевых производств : тез. докл. X Междунар. науч.-техн. конф., 23–24 апр. 2015 г. / Могилев. гос. ун-т продовольствия ; редкол.: А. В. Акулич [и др.]. – Могилев, 2015. – С. 78.Sycheva D.M., Nelyubina E.V., Franchenko E.S., Bus’ko E.S. Issledovanie izmeneniya reologicheskikh svoystv testa iz muki razlichnykh sortov pshenitsy pri ikh smeshivanii [Study of rheological properties changes of dough made from flour of different wheat varieties to be mixed]. Tekhnika i tekhnologiya pishchevykh proizvodstv : tezisy dokladov X Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii, 23–24 aprelya 2015 g. [Technology of food production: book of abstracts of the X International scientific and technical conference, 23–24 April 2015]. Mogilev, 2015, pp. 78. (In Russian).Юрчак, В. Г. Исследование структурно-механических свойств полуфабрикатов при производстве макаронных изделий с сухим яичным белком / В. Г. Юрчак, Т. П. Голикова, А. А. Альсаид // Хлебопечение России. – 2008. – № 2. – С. 14–16.Yurchak V.G., Golikova T.P., Al’said A.A. Issledovanie strukturno-mekhanicheskikh svoystv polufabrikatov pri proizvodstve makaronnykh izdeliy s sukhim yaichnym belkom [Study of structural and mechanical properties of semi-finished products when producing pasta with dried egg white]. Khlebopechenie Rossii [Russian Bakery], 2008. no. 2, pp. 14–16. (In Russian).Пшенишнюк, Г. Ф. Биохимические свойства зерна мягких и твердых сортов пшеницы / Г. Ф. Пшенишнюк, А. И. Рыбак // Изв. вузов. Пищевая технология. – 1988. – № 5. – С. 32–34.Pshenishnyuk G.F., Rybak A.I. Biokhimicheskie svoystva zerna myagkikh i tverdykh sortov pshenitsy [Biochemical properties of grain of soft and durum wheat]. Izvestiya vuzov. Pishchevaya tekhnologiya [Proceedings of the Universities. Food Technology], 1988, no. 5, pp. 32–34.Шнейдер, Т. И. Научное обеспечение макаронной промышленности / Т. И. Шнейдер // Хлебопечение России. – 2002. – № 3. – С. 32–35.Shneyder T.I. Nauchnoe obespechenie makaronnoy promyshlennosti [Scientific support of pasta industry]. Khlebopechenie Rossii [Bakery Russia], 2002, no. 3, pp. 32–35. (In Russian).Коргина, Т. В. Расширение ассортимента макаронных изделий за счёт использования растительного сырья / Т. В. Коргина, Г. А. Осипова, Д. С. Сечина // Хлебопродукты. – 2014. – № 2. – С. 39–41.Korgina T.V., Osipova G.A., Sechina D.S. Rasshirenie assortimenta makaronnykh izdeliy za schet ispol’zovaniya rastitel’nogo syr’ya [Expanding the range of pasta through the use of vegetable raw materials]. Khleboprodukty [Bakery], 2014, no. 2, pp. 39–41. (In Russian).Груданов, В. Я. Процесс формования макаронных изделий в узлах прессования с улучшенными гидравлическими и технологическими характеристиками / В. Я. Груданов, А. Б. Торган, В. М. Поздняков // Вес. Нац. акад. навук Бе ларусi. Сер. фіз.-тэхн. навук. – 2013. – № 2. – С. 58–65.Grudanov V.Ya., Torgan A.B., Pozdnyakov V.M. Protsess formovaniya makaronnykh izdeliy v uzlakh pressovaniya s uluchshennymi gidravlicheskimi i tekhnologicheskimi kharakteristikami [Process of forming pasta in pressing units with improved hydraulic and technological characteristics]. Vestsi Natsyyanal’nay akademii navuk Belarusi. Seryya fіzika-tekhnichnykh navuk [Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physico-technical series], 2013, no. 2, pp. 58–65. (In Russian).Торган, А. Б. Совершенствование конструкции матрицы шнекового макаронного пресса / А. Б. Торган, И. Е. Дацук // Агропанорама. – 2009. – № 2. – С. 21–24.Torgan A.B., Datsuk I.E. Sovershenstvovanie konstruktsii matritsy shnekovogo makaronnogo pressa [Improving the design of the matrix of a screw pasta press]. Agropanorama [Agropanorama], 2009, no. 2, pp. 21–24. (In Russian).Иванов, В. С. Установка для высокотемпературного формования макаронных изделий / В. С. Иванов, М. В. Белова // Вестн. Чуваш. гос. пед. ун-та им. И. Я. Яковлева. – 2011. – № 2, ч. 1. – С. 45–48.Ivanov V.S., Belova M.V. Ustanovka dlya vysokotemperaturnogo formovaniya makaronnykh izdeliy [Appliance for high-temperature formation of pasta]. Vestnik Chuvashskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta [I. Yakovlev Chuvash State Pedagogical University Bulletin], 2011, no. 2, pt. 1, pp. 45–48. (In Russian).Торган, А. Б. Новые технические решения в конструировании матрицы и вкладыша макаронного пресса / А. Б. Торган, П. В. Станкевич // Переработка и управление качеством сельскохозяйственной продукции : докл. меж-дунар. науч.-практ. конф., Минск, 21–22 марта 2013 г. / Белорус. гос. аграр. техн. ун-т ; редкол.: А. А. Бренч [и др.]. – Минск, 2013. – С. 75–78.Torgan A.B., Stankevich P.V. Novye tekhnicheskie resheniya v konstruirovanii matritsy i vkladysha makaronnogo pressa [New technical solutions in the design of matrix and liner of macaroni press]. Pererabotka i upravlenie kachestvom sel’skokhozyaystvennoy produktsii: doklady mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, Minsk, 21–22 mar-ta 2013 g. [Processing and quality control of agricultural products: reports of the International Scientific and Practical Conference, Minsk, March 21–22, 2013]. Minsk, 2013, pp. 75–78. (In Russian).Станкевич, П. В. Составные матрицы для производства макаронных изделий / П. В. Станкевич // Техническое и кадровое обеспечение инновационных технологий в сельском хозяйстве : материалы междунар. науч.-практ. конф., Минск, 23–24 окт. 2014 г. : в 2 ч. / Белорус. гос. аграр. техн. ун-т ; редкол.: И. Н. Шило [и др.]. – Минск, 2014. – Ч. 1. – С. 368–371.Stankevich P.V. Sostavnye matritsy dlya proizvodstva makaronnykh izdeliy [Composite matrix for the production of pasta]. Tekhnicheskoe i kadrovoe obespechenie innovatsionnykh tekhnologiy v sel’skom khozyaystve: materialy mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, Minsk, 23–24 oktyabrya 2014 g. [Technical support and staffing of innovative technologies in agriculture: proceedings of the International Scientific and Practical Conference, Minsk, October 23–24, 2014], Minsk, 2014, vol. 1, pp. 368–371. (In Russian).Попов, В. П. Повышение качества макаронных полуфабрикатов в результате оптимального управления реологическими свойствами макаронного теста / В. П. Попов, М. Ю. Шрейдер, A. M. Пищухин // Управление реологическими свойствами пищевых продуктов : сб. материалов 1-й науч.-практ. конф. и выст. с междунар. участием, 25–26 сент. 2008 г. / Моск. гос. ун-т пищевых пр-в ; сост. В. Я. Черных. – М., 2008. – С. 122–127.Popov V.P., Shreyder M.Yu., Pishchukhin A.M. Povyshenie kachestva makaronnykh polufabrikatov v rezul’tate optimal’nogo upravleniya reologicheskimi svoystvami makaronnogo testa [Improving the quality of semi-finished pasta as a result of optimal control of rheological properties of pasta]. Upravlenie reologicheskimi svoystvami pishchevykh produktov : sbornik materialov 1-y nauchno-prakticheskoy konferentsii i vystavki s mezhdunarodnym uchastiem, 25–26 sentyabrya 2008 g. [Management of rheological properties of food: a collection of materials of I Scientific and Practical Conference and International Exhibition, 25–26 September 2008]. Moscow, 2008, pp. 122–127. (In Russian).Шенкель, Г. Шнековые прессы для пластмасс: принцип действия, конструирование и эксплуатация / Г. Шенкель ; пер. с нем. Г. П. Делекторского [и др.] ; под ред. А. Я. Шапиро. – Л. : Госхимиздат, 1962. – 467 с.Schenkel G. Schneckenpressen für Kunststoffe. Wirkungsweise, Ausführung und Betrieb. Munchen, Carl Hanser Verlag, 1959. 418 p. (Russ. ed.: Shenkel‘ G. Shnekovye pressy dlya plastmass: printsip deystviya, konstruirovanie i ekspluatatsiya. Leningrad, Goskhimizdat Publ., 1962. 467 p.)Mathematical modeling of melting of polymers in barrier-screw extruders / B. Elbirli [et al.] // Polymer Engineering & Science. – 1983. – Vol. 23, N 2. – P. 86–94.Elbirli B., Lindt J.T., Gottgetreu S.R., Baba S.M. Mathematical modeling of melting of polymers in barrier-screw extruders. Polymer Engineering & Science, 1983, vol. 23, no. 2, pp. 86–94. doi: 10.1002/pen.760230207.Sarghini, F. Experimental analysis and numerical simulation of pasta dough extrusion process / F. Sarghini, A. Romano, P. Masi // J. of Food Engineering. – 2016. – Vol. 176. – P. 56–70.Sarghini F., Romano A., Masi P. Experimental analysis and numerical simulation of pasta dough extrusion process. Journal of Food Engineering, 2016, vol. 176, pp. 56–70. doi: 10.1016/j.jfoodeng.2015.09.029.Melcion, J. P. La cuisson-extrusion dans le domaine alimentaire: principe, applications, perspectives / J. P. Melcion, P. Colonna // Revue de l´Alimentation Animale. – 1983. – N 368. – S. 45–54.Melcion J.P., Colonna P. La cuisson-extrusion dans le domaine alimentaire: principe, applications, perspectives. Revue de l´Alimentation Animale, 1983, no. 368, pp. 45–54.Rossen, J. L. Food extrusion / J. L. Rossen, R. C. Miller // Food Technology. – 1973. – Vol. 27, N 8. – P. 48–53.Rossen J.L., Miller R.C. Food extrusion. Food Technology, 1973, vol. 27, no. 8, pp. 48–53.Структурно-механические характеристики пищевых продуктов : справочник / А. В. Горбатов [и др.] ; под ред. А. В. Горбатова. – М. : Лег. и пищевая пром-сть, 1982. – 296 с.Gorbatov A.V. (ed.) Strukturno-mekhanicheskie kharakteristiki pishchevykh produktov [Structural and mechanical characteristics of foodstuffs]. Moscow, Legkaya i pishchevaya promyshlennost’ Publ. 1982. 296 p. (In Russian).Мачихин, Ю. А. Инженерная реология пищевых материалов / Ю. А. Мачихин, С. А. Мачихин. – М. : Лег. и пищевая пром-сть, 1981. – 216 с.Machikhin Yu.A., Machikhin S.A. Inzhenernaya reologiya pishchevykh materialov [Engineering rheology of food materials]. Moscow, Legkaya i pishchevaya promyshlennost’ Publ., 1981. 216 p. (In Russian).Разработка и исследование малогабаритного пресса для производства макаронных изделий / Р. Р. Эльмесов [и др.] // Соврем. проблемы науки и образования. – 2015. – № 2. – С. 145–151.El’mesov R.R., Didanov A.M., Tlishev A.B., Didanov M.Ts. Razrabotka i issledovanie malogabaritnogo pressa dlya proizvodstva makaronnykh izdeliy [Development and research of small-size press for pasta production]. Sovremennye proble-my nauki i obrazovaniya [Modern Problems of Science and Education], 2015, no. 2, pp. 145–151. (In Russian).Стрелюхина, А. Н. Анализ и повышение качества и безопасности технологической системы макаронного производства / А. Н. Стрелюхина, С. А. Мачихин // Хранение и перераб. сельхозсырья. – 2008. – № 3. – С. 74–78.Strelyukhina A.N., Machikhin S.A. Analiz i povyshenie kachestva i bezopasnosti tekhnologicheskoy sistemy ma-karonnogo proizvodstva [Analysis and improvement of the quality and safety of the technological system of pasta production]. Khranenie i pererabotka sel’khozsyr’ya [Storage and Processing of Farm Products], 2008, no. 3, pp. 74–78. (In Russian).Назаров, Н. И. Структурно-механические свойства макаронного теста / Н. И. Назаров, М. А. Калинина, Ю. В. Калинин // Хлебопекар. и кондитер. пром-сть. – 1971. – № 2. – С. 18–20.Nazarov N.I., Kalinina M.A., Kalinin Yu.V. Strukturno-mekhanicheskie svoystva makaronnogo testa [Structural and mechanical properties of pasta]. Khlebopekarnaya i konditerskaya promyshlennost’ [Bakery and Confectionery Industry], 1971, no. 2, pp. 18–20. (In Russian).Артемьева, Н. Н. Структурно-механические характеристики макаронных изделий – объективные показатели их качества / Н. Н. Артемьева, С. А. Давыдова // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. – 2007. – № 3. – С. 130–134.Artem’eva N.N., Davydova S.A. Strukturno-mekhanicheskie kharakteristiki makaronnykh izdeliy – ob’ektivnye pokazateli ikh kachestva [Structural and mechanical characteristics of pasta – objective indicators of quality]. Vestnik Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Journal of Astrakhan State Technical University], 2007, no. 3, pp. 130–134. (In Russian).Торган, А. Б. Анализ реологических аспектов течения макаронного теста в каналах ступенчато-переменного сечения с использование нелинейной модели Балкли-Гершеля / А. Б. Торган // Пищевая пром-сть: наука и технологии. – 2015. – № 3 (29). – С. 64–71.Torgan A.B. Analiz reologicheskikh aspektov techeniya makaronnogo testa v kanalakh stupenchato-peremennogo secheniya s ispol’zovanie nelineynoy modeli Balkli-Gershelya [Analysis of rheological aspects of pasta flow in step-variable cross-section channels with the use of nonlinear Herschel-Bulkley models]. Pishchevaya promyshlennost’: nauka i tekhnologii [Food Industry: Science and Technology], 2015, no. 3 (29), pp. 64–71. (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.