Способ определения прочности сухих макаронных изделий

Изобретение относится к области исследования реологических свойств материалов, а именно к пищевой промышленности, в частности к хлебопекарной и макаронной ее отраслям, и может быть использовано при производстве макаронных изделий. Способ определения прочности сухих макаронных изделий основан на измерении их предельного усилия нагружения и предельной деформации за счет установки расстояния между опорами столика, обусловленного наружным диаметром анализируемых изделий, и задании скорости нагружения индентора, прикладываемого к макаронному изделию, равной 10±1 г/с. Расчет реологических характеристик, а именно предел прочности и модуль упругости, сухих макаронных изделий осуществляется с учетом их предельного усилия нагружения, предельной деформации, расстояния между опорами столика и значений их внутреннего и наружного диаметров. Это позволяет создать более точный способ определения прочности макаронных изделий по их реологическим свойствам - пределу прочности и модулю упругости. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к области исследования реологических свойств материалов, а именно к пищевой промышленности, в частности к хлебопекарной и макаронной ее отраслям, и может быть использовано при производстве макаронных изделий.

Изобретение может использоваться при определении прочности сухих макаронных изделий по их реологическим характеристикам, например предельному усилию нагружения, при котором происходит разрушение макаронного изделия, пределу прочности и модулю упругости. Изобретение предназначено для использования непосредственно как на пищевых предприятиях, так и в научно-исследовательских институтах и учебных лабораториях.

Известен способ контроля прочности макаронных изделий (на приборе Строганова) (Медведев Г.М., Крылова В.В. «Технология и технохимический контроль макаронного производства» М.: Пищевая промышленность, 1979, 144 с.), который предусматривает установку анализируемого изделия на столик прибора с двумя опорами, расстояние между которыми составляет 150 мм, приложение усилия нагружения к середине изделия с помощью пластины, закрепленной на конце винта, перемещаемого вручную с определенной скоростью, и установление с помощью стрелки циферблатных весов прибора величины предельного изгибающего усилия нагружения, при котором происходит разрушение макаронного изделия. Усилие, при котором произошло разрушение макаронного изделия, измеряют с точностью до 0,1 Н. Предельное усилие нагружения исследуемых образцов рассчитывают как среднее арифметическое десяти определений.

Недостатком известного способа контроля является низкая точность определяемого значения прочности макаронных изделий за счет того, что расстояние между опорами столика остается всегда постоянным независимо от внешнего диаметра макаронных изделий, и то, что измерение прочности осуществляется при постоянной скорости деформации образца, что приводит к возникновению в процессе измерения механических напряжений в локальной зоне касания индентора (пластины) и макаронного изделия, которые не успевают релаксировать и влияют на истинное значение показателя прочности. Также недостатком данного способа является невозможность определения прочности макаронных изделий по их реологическим свойствам - пределу прочности и модулю упругости, так как нельзя определить предельную деформацию в момент излома макаронного изделия.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ определения прочности сухих макаронных изделий (Рекламный проспект. Измеритель прочности макарон ИПМ-1. РАСХН, ВНИИЗ), который предусматривает установку анализируемого изделия на столик прибора с двумя опорами, расстояние между которыми устанавливается равным 150 мм, приложение усилия к середине макаронного изделия осуществляется с помощью пуансона, перемещаемого с помощью электропривода со скоростью 22±3 мм/с, и фиксирование на цифровом индикаторе величины предельного усилия нагружения, при котором происходит разрушение макаронного изделия. Усилие, при котором происходит разрушение макаронного изделия, измеряют с точностью до 0,05 Н. Предельное усилие нагружения исследуемых образцов рассчитывают как среднее арифметическое десяти определений.

Недостатком известного способа контроля является низкая точность определяемого значения прочности макаронных изделий за счет того, что расстояние между опорами столика остается всегда постоянным независимо от внешнего диаметра макаронных изделий, и то, что измерение прочности осуществляется при постоянной скорости деформации образца (22±3 мм/с), что приводит к возникновению в процессе измерения механических напряжений в локальной зоне касания пуансона и макаронного изделия, которые не успевают релаксировать и влияют на истинное значение показателя прочности. Также недостатком данного способа является невозможность определения прочности макаронных изделий по их реологическим свойствам - пределу прочности и модулю упругости, так как нельзя определить предельную деформацию в момент излома макаронного изделия.

Задачей изобретения является создание более точного способа определения прочности макаронных изделий по их реологическим свойствам - пределу прочности и модулю упругости.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения прочности сухих макаронных изделий, включающем отбор пробы и определение величины предельного усилия нагружения, прикладываемого с помощью индентора к середине макаронного изделия, помещенного на опоры столика, прикрепленного к площадке прибора, отличием является то, что расстояние между опорами столика, на которые помещают макаронное изделие, определяют по формуле

l=10*dн+30

(1)

где l - расстояние между опорами столика;

d_н - наружный диаметр макаронного изделия,

устанавливают скорость нагружения, прикладываемого усилия индентором, равную 10±1 г/с, определяют значения предельного усилия нагружения и предельной деформации, текущие значения усилия нагружения и деформации, рассчитывают предел прочности и модуль упругости макаронного изделия, отличием является также то, что опоры столика, на которые укладывают макаронное изделие, имеют углубление в форме треугольника с углом между его сторонами, равным 65-70 град, и имеют длину сторон углубления в форме треугольника, равную 10-15 мм.

Указанные отличия позволили избежать появления механических напряжений в локальной зоне касания индентором исследуемого образца, которые являются причиной искажения истинного значения измеряемой величины предельного усилия нагружения.

В таблице 1 показано влияние расстояния между опорами столика на значения относительной ошибки предельного усилия нагружения для макаронных изделий с наружным диаметром 5 мм.

Таблица 1 Влияние расстояния между опорами столика на значения относительной ошибки предельного усилия нагружения.
	Расстояние между опорами столика, мм.
60	70	80	90	100
ΔF, %	0,16	0,08	0,04	0,12	0,17

В таблице 2 показано влияние значений скорости нагружения прикладываемой нагрузки индентором к макаронному изделию на значения относительной ошибки предельного усилия нагружения для макаронных изделий с наружным диаметром 5 мм.

Для макаронных изделий с наружным диаметром 1, 2, 3, 8 мм так же, как и для макаронных изделий с диаметром 5 мм, наименьшее значение относительной ошибки предельного усилия нагружения соответствует значению скорости нагружения прикладываемого усилия, равному 10±1 г/с.

Таблица 2 Влияние значений скорости нагружения на значения относительной ошибки предельного усилия нагружения.
	Скорость нагружения, г/с
5	7	10	12	15	17	20
ΔF, %	0,3	0,16	0,04	0,08	0,1	0,4	0,43

В таблице 3 представлены значения относительной ошибки предельного усилия нагружения при задании скорости нагружения и скорости деформации прикладываемого усилия индентором к макаронному изделию диаметром 3, 5, 8 мм.

Таблица 3 Значения относительной ошибки предельного усилия нагружения при задании скорости нагружения и скорости деформации
dн, мм	3	5	8
Vн, г/с	10	10	10
ΔFпр, %	0,08	0,04	0,02
Vд, мм/с	0,5	0,5	0,5
ΔFпр, %	0,8	0,6	0,7

Также разработанный способ позволяет определять прочность макаронных изделий по их реологическим свойствам, а именно по пределу прочности и модулю упругости, так как в процессе измерения определяют значения предельной деформации, при которой произошло разрушение макаронного изделия.

Способ определения прочности сухих макаронных изделий осуществляется следующим образом. Отбирают пробу макаронных изделий, устанавливают расстояние между опорами столика, рассчитанное по формуле (1), помещают исследуемый образец на опоры, которые имеют углубления в форме треугольника с углом между его сторонами, равным 65-70 град., и имеют длину сторон углубления в форме треугольника, равную 10-15 мм, устанавливают скорость нагружения прикладываемого усилия индентором, равную 10±1 г/с, определяют текущие значения усилия нагружения и деформации, предельное усилие нагружения и предельную деформацию (фиг.1), по полученным данным рассчитывают модуль упругости

E=Fпр*l/(48*h∂*Iz), Па

(2)

где

Е - модуль упругости;

Fпр - предельное усилие нагружения, г;

l - расстояние между опорами столика, мм;

h_∂ - деформация образца макарон, мм;

I_z - момент инерции, который рассчитывается по формуле π*(d⁴ _н-d⁴ _в)/64), мм⁴;

где

d_н - наружный диаметр макаронных изделий, мм;

d_в - внутренний диаметр макаронных изделий, мм;

и предел прочности

σ=Fпр·l/(4·Wz), Па

(3)

где

σ - предел прочности;

F_пр - предельное усилие нагружения, г;

W_z - момент сопротивления поперечного сечения образца, который рассчитывается по формуле 2·Iz/d_н, мм³;

где

I_z - момент инерции, мм⁴.

Измерения предельного усилия нагружения и предельной деформации проводят в трех повторностях, из полученных данных рассчитывают среднее значения предельного усилия нагружения и предельной деформации, на основе полученных данных определяют модуль упругости и предел прочности.

Способ определения прочности сухих макаронных изделий осуществляется на информационно-измерительном комплексе для определения реологических свойств макаронных изделий (фиг.2), который включает в себя шаговый двигатель 1, косозубые шестерни 2, винт 3, гайку 4, предметный столик с регулируемыми опорами 5, макаронное изделие 6, индентор 7, тензодатчик 8, блок управления с клавиатурой 9, источник прецизионного тока 10, дифференциальный измеритель усилия нагружения 11, блок питания 12, персональный компьютер 13, микроконтроллер 14, аналого-цифровой преобразователь 15 и прецинзионный делитель 16.

Пример 1.

Определяли прочность сухих макаронных изделий диаметром 5 мм.

Отбирают пробу сухих макаронных изделий в количестве 1,5% от упаковки, из отобранной пробы составляют среднюю пробу макаронных изделий (не менее 10 изделий). Устанавливают расстояние между опорами столика, которое рассчитывают по формуле

l=10*d_н+30,

где l - расстояние между опорами столика;

d_н - наружный диаметр макаронного изделия,

d_н=5 мм.

l=10*5+30=80 мм.

Помещают макаронное изделие на опоры, устанавливают скорость нагружения прикладываемого усилия индентором, равную 10 г/с, определяют значения предельного усилия нагружения и предельной деформации (фиг.1), которые равны F_пр=606 г, h=0,86 мм соответственно. Рассчитывают модуль упругости

Е=F_пр*l(48*h_∂*I_z), Па

где

Е - модуль упругости

F_пр - предельное усилие нагружения, г;

F_пр=606 г;

l - расстояние между опорами столика, мм;

l=80 мм;

h_∂ - деформация образца макарон, мм;

h_∂=0,86 мм;

I_z - момент инерции

Iz=π*(d⁴ _н-d⁴ _в)/64), мм⁴;

где:

d_н - наружный диаметр макаронных изделий, мм;

d_н=5 мм;

d_в - внутренний диаметр макаронных изделий;

d_в=4 мм.

I_z=3,14*(5⁴-4⁴)/64=18,l мм⁴

E=606*80/(48*0,68*18,1)=82,1 Па;

и предел прочности

σ=F_пр·l(4·W_z), Па

где

σ - предел прочности;

F_пр - предельное усилие нагружения, г;

F_пр=606 г;

l - расстояние между опорами столика, мм;

l=80 мм;

W_z - момент сопротивления поперечного сечения образца, мм³;

W_z=2*Iz/d_н;

где

I_z - момент инерции, мм⁴;

I_z=18,1 мм⁴;

d_н - наружный диаметр макаронных изделий, мм;

d_н=5 мм;

W_z=2*18,1/5=7,2 мм³;

σ=606*80/(4*7,2)=1683 Па.

Использование способа определения прочности сухих макаронных изделий позволяет повысить точность измеряемой величины и определять прочность макаронных изделий по их реологическим свойствам - модуль упругости и предел прочности.

1. Способ определения прочности сухих макаронных изделий, включающий отбор пробы и определение величины предельного усилия нагружения, прикладываемого с помощью индентора к середине макаронного изделия, помещенного на опоры столика, прикрепленного к площадке прибора, отличающийся тем, что расстояние между опорами столика, на которые помещают макаронное изделие, определяют по формуле

l=10·d_н+30,

где l - расстояние между опорами столика;

d_н - наружный диаметр макаронного изделия,

устанавливают скорость нагружения, прикладываемого усилия индентором, равную (10±1) г/с, определяют значения предельного усилия нагружения и предельной деформации, текущие значения усилия нагружения и деформации, рассчитывают предел прочности и модуль упругости макаронного изделия.

2. Способ определения прочности сухих макаронных изделий по п.1, отличающийся тем, что опоры столика, на которые укладывают макаронное изделие, имеют углубления в форме треугольника с углом между его сторонами, равным 65-70 град.