Основы теории резания пищевых продуктов

Резание — это процесс механического разделения твердого или полутвердого материала с нарушением его целостности путем вклинивания в него рабочего органа. Распиливание является разновидностью процесса резания.

Основным условием для осуществления процесса резания является наличие относительного перемещения режущего инструмента и продукта.

Характеристика режущих устройств

Совокупность режущего инструмента (ножа) с целевым исполнительным механизмом, сообщающим ему нужное движение и получающим таковое, в свою очередь, через базовый исполнительный механизм от двигателя, называется режущим устройством. Кроме режущего устройства машина должна иметь еще устройство для фиксации продукта в неподвижном состоянии или подачи его под нож.

Ножи для резания продуктов применяются с лезвием различной формы: прямолинейной, криволинейной и т. п. Все они являются, по существу, клиньями, в которых различают геометрические элементы, показанные на рис. 8.1.

Рис. 8.7. Элементы одностороннего плоского ножа.

Рабочая или лицевая грань 1 — поверхность клина, составляющая острый угол с опорной гранью: по ней скользит и ею направляется отрезаемая от массива частица продукта. Опорная грань 2 — это плоскость, которой клин опирается о продукт и скользит по его массиву (еще не измельченной части). Боковая грань 3 — это плоскость, которой клин опирается об измельченную часть продукта. Угол заточки (заострения) ножа а — двугранный угол между опорной и рабочей гранями ножа. Лезвие 4 — режущая или рабочая кромка — теоретически — линия (прямая или кривая) пересечения опорной и рабочей граней, в действительности — поверхность с очень малым радиусом кривизны г, сопрягающая опорную и рабочую грани, имеет по своей длине множество микрозубчиков. Острота лезвия — удвоенный радиус кривизны поверхности реального лезвия 2 г. Иногда применяются ножи с двусторонней заточкой, обе грани которых — рабочие. Они могут рассматриваться как два односторонних ножа, сложенных опорными гранями вместе.

Режущие устройства разнообразны. Их конкретное использование зависит от цели технологического процесса, материала и его свойств, вида и формы режущего инструмента и от принципа действия самого устройства. Машины для резания можно классифицировать по следующим признакам:

• • конструкция и форма режущего инструмента (рис. 8.2): ножи пластинчатые, дисковые, роторные, цилиндрические, конусные, серповидные, струнные, винтовые;
• • форма режущей поверхности (рис. 8.3): гладкая, зубчатая, волнообразная; односторонняя; двусторонняя;
• • вид резания (рис. 8.4): давление, строгание, стесненное резание, свободное резание;
• • движение режущего инструмента: неподвижное (стационарное, закрепленное), поступательное, вращательное или колебательное.

Для резания хрупких и пластичных пищевых материалов применяют дисковые ножи: для пластичных продуктов — дисковые ножи со сплошным гладким лезвием (см. рис. 8.2, б), хрупких — ножи с режущей кромкой, снабженной зубьями (см. рис. 8.2, а), поочередно заточенными с правой и левой сторон (см. рис. 8.3, а), пластичных волокнистых — ножи с плавными зубьями (см. рис. 8.3, б). Чтобы условия резания были благоприятными, рекомендуется выбирать радиус диска ножа в 2,5—3,0 раза больше толщины разрезаемого материала. Целесообразный угол заточки составляет 8—15°. Данные ножи удобны тем, что при соответствующем конструктивном оформлении втягивают разрезаемый материал в зону резания.

Рис. 8.2. Формы ножей:

а — зубчатый дисковый; 6 — гладкий дисковый; в—е — серповидные; ж, з — гладкий пластинчатый; и — зубчатый пластинчатый.

Рис. 8.3. Основные формы лезвий:

а — острая зубчатая; б, в — дугообразная зубчатая; г — гладкая односторонней заточки; д — гладкая двусторонней заточки.

Рис. 8.4. Виды резания:

а — давлением против прочной основы; б — контрножами; в — свободное Серповидные ножи (см. рис. 8.2, в, г, е) имеют лезвие, форма которого соответствует архимедовой или логарифмической спирали. В первом случае угол встречи лезвия с разрезаемым материалом переменный, во втором — нормальная составляющая скорости резания переменная, а отношение касательной составляющей скорости резания к нормальной — постоянное. Такой тип ножей с гладким или зубчатым лезвием, находящимся на внешней или внутренней поверхности, применяют для поперечного резания жгутообразных материалов и для мелкого дробления при переработке рыбы, мяса, овощей. Лезвие ножа может быть с односторонней или двусторонней заточкой; угол заточки 8—12°; толщина ножей в зависимости от условий работы 2—5 мм. В отдельных случаях серповидные ножи могут иметь прямолинейную форму лезвия (см. рис. 8.2, д).

Пластинчатые (см. рис. 8.2, ж—и) и ленточные ножи используют для резания различных пластичных и хрупких продуктов (для последних на лезвии нарезают зубья). Ножи могут быть с прямолинейным или криволинейным лезвием. Толщина ножа должна быть как можно меньше, иначе его сопротивление при резании сильно увеличивается, особенно при двустороннем фиксировании разрезаемого материала. На силу резания влияет угол заточки ножа. Оптимальные параметры угла заточки ножа 12—20°. Наилучшая толщина ленточных ножей примерно 1 мм. Приводами таких ножей могут быть одноили двухплечий рычаг, эксцентрик, кривошипно-шатунный или кулисный механизм. Во всех случаях ножи совершают неравномерное движение.

Разновидность пластинчатых ножей — призматические ножи, которые устанавливаются в мясорубках для измельчения мясных и рыбных продуктов.

Для резания материалов вязко-пластичной гомогенной структуры (сливочное масло, вареные яйца, маргарин, сыр) в качестве режущих элементов применяют натянутые струны, по качеству резания соответствующие ножам с тупыми лезвиями. Диаметр режущей проволоки — от 0,2 до 2 мм.

К режущим устройствам для пищевых продуктов предъявляются следующие требования:

• обеспечение хорошего качества среза (минимальная шероховатость, отсутствие заусениц, параллельность плоскостей среза);

• • возможность изменять размеры отрезаемых кусков без замены ножей;
• • отсутствие заметной деформации сырья и отделения жидкой фракции;
• • равномерность износа режущей кромки по всей длине и возможность легко затачивать ее;
• • сохранность исходных качеств продукции при подаче и отводе ее;
• • минимальность отходов.

При выборе оптимального режущего органа большое значение отводится выбору материала ножа. Он должен отвечать требованиям пищевой гигиены, быть износостойким и иметь незначительный коэффициент трения. Поверхность ножей для уменьшения трения можно покрывать, например, тефлоном.

Относительное движение материала и режущего инструмента, необходимое для резания, можно создать посредством:

• • движения разрезаемого материала относительно закрепленного режущего инструмента;
• • движения режущего инструмента относительно покоящегося разрезаемого материала;
• • движения разрезаемого материала и режущего инструмента.