В технологическом процессе производства колбас для их формирования используют операцию шприцевания. Суть шприцевания состоит в наполнении колбасной оболочки фаршем для защиты от внешнего воздействия, удобного обращения и придания формы с помощью шприц-машины. В наше время применяются аппараты различных типов и конструкций, которые мы рассмотрим в данной статье.
Современные шприц-машины представляют собой сложную конструкцию, состоящую из нескольких узлов. Основными узлами являются: подающий, загрузочный, вытеснительный, вакуумирующий, дозирующий и приводной механизмы [1; 2].
В шприц-машинах применяются вытеснительные механизмы различных конструкций. Наиболее широкое применение получили шнековые, поршневые, эксцентрико-лопасные и шестеренчатые механизмы. Для привода вытеснительного механизма используют пневматический, гидравлический, ручной и электрический привод [1].
Так же в современных шприц-машин с роторным или шнековым вытеснителем для создания в колбасном изделии однородной структуры применяют вакуумные насосы для удаления пузырьков воздуха.
Шприц-машины делят на аппараты периодического и непрерывного действия.
К машинам периодического действия относятся поршневые шприц-машины. Аппараты данной конструкции оказывают минимальное влияние на физические свойства фарша из-за отсутствия касательных и сдвиговых напряжений.
Конструкция поршневой шприц-машины с гидравлическим приводом С/Е INS/22 "LaMinervadiChiodiniMario S. R. L." приведена на рисунке 1 а. Принцип работы данного аппарата заключается в следующем – масло из резервуара с помощью насоса 8 подается в подпоршневое пространство силового цилиндра, который с помощью штока 6 связан с фаршевым поршнем. Фарш загружается через крышку 3 и под действием поршня 5 через цевку 2 нагнетается в оболочку. Для предотвращения попадания масла в продукт шток 6 уплотняют [3].
При всех своих преимуществах данная шприц-машина имеет недостаток в виде малой производительности в связи с периодической работой и невозможность установки в конвейерную линию.
К шприц-машинам непрерывного действия относятся роторные и шнековые аппараты.
В роторных шприц-машинах наибольшее применение нашли эксцентрико-лопастный и шестеренчатый вытеснитель [4].
а: 1 – дроссель; 2 – цевка; 3 – крышка; 4 – цилиндр; 5 – поршень; 6 – шток; 7 – манометр; 8 – насос масляный;
б: 1 – корпус; 2 – штанга; 3 – цилиндр фаршевый; 4 – гайка специальная; 5 – патрубок; 6 – крышка; 7 – пост управления; 8 – ручка; 9 – педаль; 10 – ножка; 11 – колесо; 12 – поршень фаршевый; 13 – уплотнение; 14 – цевки
Рисунок 1 – Схема (а) и внешний вид (б) поршневой шприц-машины с гидравлическим приводом С/Е INS/22 "LaMinervadiChiodiniMario S. R. L." (Италия)
б: 1 – корпус; 2 – штанга; 3 – цилиндр фаршевый; 4 – гайка специальная; 5 – патрубок; 6 – крышка; 7 – пост управления; 8 – ручка; 9 – педаль; 10 – ножка; 11 – колесо; 12 – поршень фаршевый; 13 – уплотнение; 14 – цевки
Рисунок 1 – Схема (а) и внешний вид (б) поршневой шприц-машины с гидравлическим приводом С/Е INS/22 "LaMinervadiChiodiniMario S. R. L." (Италия)
Эксцентрико-лопастные вытеснители, как и поршневые создают в фарше только нормальные напряжения, не изменяющие структуру фарша.
Принцип работы вытеснителя рассмотрим на примере рисунка 2. На рисунке 3 представлены вытеснитель фирмы "Фемаг" (а) и фирмы "Хандтман" (б). Они имеют идентичный принцип работы. Из-за разной производительности имеют разное количество лопастей. Принцип работы вытеснителя заключается в следующем: в зоне 1 объем межлопастного пространства равен нулю, при вращении ротора 3 межлопастное пространство начинает увеличиваться. В 5 зоне из межлопастного пространства вакуум-насосом откачивается воздух. В 6 зоне в межлопастное пространство загружается фарш, так как именно этой зоне объем межлопастного пространства самый большой. В 7 зоне объем межлопастного пространства уменьшается и фарш уплотняется. В 8 зоне фарш вытесняется в отводящий патрубок [5].
1 – зона замыкания; 2 – лопасть; 3 – ротор; 4 – корпус; 5 – зона выкуумирования; 6 – зона загрузки; 7 – зона сжатия; 8 – зона выгрузки; 9 – кулачок
Рисунок 2 – Схема эксцентриково-лопастного вытеснителя: а – фирмы "Фемаг"; б – фирмы "Хандтман"
Рисунок 2 – Схема эксцентриково-лопастного вытеснителя: а – фирмы "Фемаг"; б – фирмы "Хандтман"
Схема роторной шприц-машины с эксцентриково-лопастным вытеснителем показана на рисунке 3. Процесс работы шприц-машины заключается в следующем: в бункер 7 загружается фарш, который с помощью подающей спирали 8 попадает в вытеснитель 10 из которого через отверстие 6 попадает в цевку 2 из которой фарш набивается в оболочку 1.
Данный тип шприц-машин имеет ряд преимуществ таких как: минимальное влияние на структуру фарша, подходит для разных типов колбасных изделий, высокая производительность и возможность использования вакуума [8].
Недостатками шприц-машин с эксцентриково-лопастным вытеснителем являются: нагревание фарша и возможность попадания в фарш продуктов износа лопаток об корпус.
Шприц-машины с шестеренчатым вытеснителем бывают с внешним и внутренним зацеплением. На рисунке 4 представлена конструкция шестеренчатого вытеснителя с внешним зацеплением фирмы "Карл Шнель". Вытеснитель состоит из эксцентрично закрепленной на валу 4 восьмизубовой шестерни 5. Зубчатое колесо 7 с 12 внутренними зубьями находится в зацеплении с шестерней 5. Зубчатая передача установлена в корпусе 8 [6].
1 – оболочка; 2 – цевка; 3 – накидная гайка; 4 – втулка; 5 – зубчатый ремень; 6 – выходное отверстие; 7 – бункер; 8 – подающая спираль; 9 – зубчатый венец; 10 – корпус вытеснителя; 11 – кулачок; 12 – лопасть; 13 – ротор; 14 – корпус; 15 – фиксирующая рукоятка; 16 – шкив; 17 – корпус механизма перекрутки
Рисунок 3 – Схема роторной шприц-машины фирмы «Альпина» с эксцентриково-лопастным вытеснителем
Рисунок 3 – Схема роторной шприц-машины фирмы «Альпина» с эксцентриково-лопастным вытеснителем
Принцип работы шестеренчатого вытеснителя заключается в следующем: шестерни 5 и 7 установлены с эксцентриситетом и при их вращении в зоне АБ пространство между ними увеличивается и вакуумным насосом через отверстия 6 и 10 из пространства откачивается воздух. В зоне БВ фарш подается ввытеснитель и с помощью межзубного пространства шестерен 5 и 7 транспортируется в зону ВГ, где с помощью вкладыша 11 фарш уплотняется. В точке Г объем между шестернями уменьшается и фарш вытесняется в отводящий патрубок 1 [6].
Преимуществами машин данного типа является высокая производительность, непрерывное действие и возможность откачки воздуха.
Недостатком является то, что фарш в точке Г может быть защемлен между шестернями и потерять свою структуру.
1 – отводной патрубок; 2 – корпус машины; 3, 4 – вал; 5 – шестерня; 6, 10 – патрубки для вакуумирования; 7 – зубчатое колесо; 8 – корпус вытеснителя; 9, 11 – вкладыши; АБ – участок вакуумирования; БВ – загрузки; ВГ – нагнетания
Рисунок 4 – Шестеренный вытеснитель с внутренним зацеплением фирмы "Карл Шнель"
Рисунок 4 – Шестеренный вытеснитель с внутренним зацеплением фирмы "Карл Шнель"
Шнековые шприц-машины широко используются при производстве колбасных изделий. Шнековые шприц-машины бывают одно- и двухшнековые.
Одношнековые шприц-машины были распространены из-за высокой производительности, но в свою очередь они имели недостатки в виде того, что фарш в них перемещается не только в осевом направлении. Фарш перемещается в радиальном направление вместе со шнеком, из-за чего фарш перетирается, нагревается и перераспределяет свои компоненты.
Данных недостатков лишена двухшнековая шприц-машина. Конструкция шнеков двухшнековой шприц-машины представлена на рисунке 5. Шнеки взаимно входят в друг в друга и имеют левую и правую навивки. С помощью муфт 2 они приводятся во встречное движение [7].
Шнеки имеют несколько зон. В зоне В из шнекового пространства выкачивается воздух, в зоне Б в шнеки загружается фарш, а зоне А фарш уплотняется и выдавливается в отводящий патрубок. Зона А в зависимости от вида колбасного изделия меняет свою конструкцию.
1 – шнеки; 2 – соединительные муфты; А – зона нагнетании; Б – зона загрузки; В – зона вакуумирования
Рисунок 5 –Шнеки двушнековой шприц-машины
Рисунок 5 –Шнеки двушнековой шприц-машины
В заключении можно сделать вывод о том, что существует множество конструкций шприц-машин от разных производителей с различными характеристиками. Нельзя как-то особо выделить какаю либо конструкцию. Производитель колбасных изделий должен выбирать шприц-машину в зависимости от необходимых ему характеристик [8].
Библиографический список:
- Шаршунов В. А. Технологическое оборудование мясоперерабатывающих предприятий / В. А. Шаршунов, И. М. Кирик. – Минск: Мисанта, 2012.
- Фильченков А. В. Анализ конструкций шприц-машин / А. В. Фильченков, С. Н. Лемяскин, О. А. Кувшинова // E-scio: Научный электронный журнал. – 2022. – № 11 (74). с. 452-460.
- myaso-pоrtal.ru: Мясо портал - Животноводство, мясо, переработка, инфраструктура: Конструкции современных шприцов - Животноводство, мясо, переработка, инфраструктура: сайт. – URL: https://www.myaso-pоrtal.ru/news/atricles-and-interviews/konstruktsii-sоvremennykh-shpritsоv/ (дата обращения: 15.01.2023).
- studizba.com: СтудИзба: Оборудование для формования колбасных изделий - Технологическое оборудование в мясной промышленности: сайт. – URL: https://studizba.com/lectures/selskoe-hozjajstvо-i-pischevaja-promyshlennost/tehnologicheskoe-оbоrudovanie-v-mjasnoj-promyshlennosti/30186-oborudovanie-dlja-fоrmovanija-kolbasnyh-izdelij.html (дата обращения: 15.01.2023).
- myaso-pоrtal.ru: Мясо портал - Животноводство, мясо, переработка, инфраструктура: Конструкции современных шприцов - Животноводство, мясо, переработка, инфраструктура: сайт. – URL: https://www.myaso-portal.ru/news/atricles-and-interviews/konstruktsii-sоvremennykh-shpritsоv/ (дата обращения: 15.01.2023).
- studmе.оrg: Учебные материалы для студентов: Шприцы - ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ПРОДУКЦИИ ЖИВОТНОВОДСТВА: сайт. – URL: https://studme.org/223503/tovarovedenie/shpritsy (дата обращения: 15.01.2023). 7. Инновационные технологии производства мясных продуктов / А. Я. Дьячков. – Пермь: ФГБОУ ВПО Пермский ГАТУ, 2017. – 260 с.
- mеat-еxpеrt.ru: Независимый портал о мясной промышленности и технологиях: Как работает ротор и лопатки в вакуумных шприцах: сайт. – URL: https://meat-expert.ru/fоrums/topic/10016-kak-rabоtaet-rotor-i-lоpatki-v-vakuumnyh-shpricah-videо/ (дата обращения: 15.01.2023).
Фильченков Алексей Владимирович, студент Института механики и энергетики ФГБОУ ВО "МГУ им. Н.П. Огарева"
Лемяскин Сергей Николаевич, студент Института механики и энергетики ФГБОУ ВО "МГУ им. Н.П. Огарева"
Кувшинова Ольга Александровна, к.т.н., доцент кафедры "Механизация переработки сельскохозяйственной продукции" Института механики и энергетики ФГБОУ ВО "МГУ им. Н.П. Огарева"
УДК 637.03: 664.3.032.8 Сельскохозяйственные науки