Обзор методов и способов измерения физико-механических параметров рыбы
[pic] (7)
где С — жесткость тела рыбы, Н/м; А — работа по сжатию тела рыбы, Н•м; F —
площадь сжимающих пластин, м2.
Этот критерий оценки структурно-механических свойств рыбы назван
жесткостью в связи с тем, что его размерность сов падает с размерностью
жесткости, общепринятой в технике.
Из рис. 10 видно, что чем меньше сопротивляемость сжатию тела рыбы, тем
меньше угол наклона кривой к оси абсцисс, а следовательно, меньше и работа
сжатия. Так как из трех видов рыб (ставриды, скумбрии, сардинеллы)
наибольшая работа затрачивается на деформацию тела ставриды, то,
следовательно, и жесткость тела ставриды будет наибольшей. Для некоторых
видов рыб, например кильки, определить экспериментально работу сжатия при 5-
миллиметровой деформации практически невозможно, потому что вся толщина
тела рыбы не превышает 5 мм. В этом случае для получения соизмеримых
значений жесткости можно пересчитать работу при 5-милиметровой, на работу
при 5-миллиметровой деформации. На рис. 11 показана работа при деформации
?1 и ?.
Если предположить, что площадь фигуры ABC можно заменить треугольником,
то:
[pic] (8)
Треугольники ABC и AB1C1 подобны и, следовательно:
[pic] (9)
[pic] [pic] (10)
тогда
[pic] [pic] (11)
Поскольку работа сжатия рыбы описывается площадью фигур S1 и S, то
[pic] (12)
где A –работа сжатия рыбы при 5-миллиметровой деформации; ? – 5-
миллиметровая деформация; А1 – работа при деформации, меньшей 5-
миллиметровой; ?1 –деформация, при которой определяется работа A1
Таким образом, представляется возможным сделать пересчет работы сжатия
при любой деформации тела рыбы, меньшей 5-миллиметровой, на 5-миллиметровую
деформацию.
|Таблица 2 |
|Рыба |Жест|Сред|Коэф|
| |кост|нее |фици|
| |ь |квад|ент |
| |тела|рати|вари|
| |рыбы|чн. |ации|
| |, |откл|, % |
| |Н/м2|онен| |
| | |ие, | |
| | |Н/м2| |
|Килька |224 |35 |16 |
|Мойва |172 |39,8|23 |
|Салака |52 | |16 |
|Сардина|79 |8,3 |16,3|
| |72 |12,8| |
|Сардине|78 | |16 |
|лла |96 |12 |13 |
|Скумбри| |10 |20 |
|я | |19 | |
|Ставрид| | | |
|а | | | |
Эксперименты по определению жесткости тела рыбы проводили на рядовой
рыбе, выловленной и замороженной на промысле, а затем размороженной перед
проведением опытов. Температура тела рыбы была 8—15°С. В табл. 2 приведены
данные о средней величине жесткости некоторых видов рыб (для каждого вида
рыб было проведено 20—30 экспериментов).
Зная средние значения жесткости тела рыбы и среднее квадратичное
отклонение, можно определить зону доверительных интервалов:
C = Cср ± t(P)? (13)
Из приведенных данных о жесткости тела различных видов рыб, для которых
работу определяли при 5-миллиметровой деформации без пересчета, наибольшей
жесткостью обладает тело ставриды. Большая жесткость тела кильки и мойвы,
обусловлена деформированием не только мышечной ткани, но и хребтовой кости,
а следовательно, возрастанием сопротивления сжатии) и работы сжатия.
Предложенный критерий жесткости является объективным показателем
структурно-механических свойств рыбы. Известно, что невозможно создать
рыборазделочную машину, которая работала бы на сырье любого качества. В
настоящее время всякое отклонение от нормы в работе рыбообрабатывающего
оборудования объясняется, как правило, несовершенством конструкции машины.
Контроль качества поступающего на обработку сырья не ведется и не может
вестись, поскольку нет количественного критерия для оценки структурно-
механических свойств рыбы. Для установления такого контроля за сырьем
необходимо разработать экспресс-приборы, при помощи которых можно
осуществлять такой контроль, и установить их непосредственно в цехах и на
судах.
Установление границ пригодности сырья для переработки посредством
критерия жесткости повысит ответственность добытчиков рыбы за своевременную
ее переработку. Сортность рыбы также можно установить с помощью критерия
жесткости.
По-видимому, конструкторы рыбообрабатывающего оборудования также смогут
гарантировать надежную его работу на сырье, качество которого находится в
определенных пределах, установленных при помощи критерия жесткости.
После замораживания, хранения и размораживания жесткость и модуль
упругости рыбы уменьшались примерно на 10%. Если полагать, что рыбы подобны
не только биологически, но и по структурно-механическим свойствам, то на
основании экспериментальных данных, полученных при исследовании леща и
судака, можно утверждать, что в результате замораживания и последующего
размораживания жесткость рыбы и модуль упругости уменьшаются на 10%.
ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИЙ ОТРЫВА ВНУТРЕННОСТЕЙ РЫБ
В процессе разделки рыбы с помощью машин, как правило, отрезается
голова и удаляются внутренности. Удаление внутренностей происходит
механически или гидровымывом. При проектировании рабочих органов машин для
удаления внутренностей необходимо располагать данными об усилиях их отрыва,
деформации и месте обрыва.
Исследования по определению усилий отрыва внутренностей и их деформации
проводили на автоматическом прессе IS-5000 японской фирмы «Шимардзу». Для
захвата рыбы за голову и туловище было спроектировано приспособление,
показанное на рис. 12. Захват для головы (рис. 12, а) состоит из двух
планок 1, 2, соединенных между собой шарниром 3. К планкам приварены щеки 4
и 5, имеющие криволинейные поверхности с насечками. Зажим головы рыбы
осуществляется посредством сближения щек за счет винта 6 и гайки 7. Захват
для туловища (рис. 12, б) состоит из двух планок 8, 9, облицованных резиной
10. Планки соединяются шарнирно 11 и сближаются посредством винта 12. В
планках 8, 9 имеются отверстия, через которые пропускается игла,
прокалывающая рыбу для более надежной ее фиксации. Хвостовые захваты имеют
цилиндрическую форму. Хвостовые захваты для туловища рыбы крепятся к
траверсе, хвостовые захваты для головы — к штанге, присоединенной к
тензометрической головке.
[pic]
Рис. 12. Приспособление для исследования усилий отрыва внутренностей
рыб: а — захват для головы; б — захват для туловища.
[pic]
Рас. 13. Запись самописца при отрыве внутренностей ставриды в координатах
усилие — деформация.
Экспериментальные исследования по определению усилий отрыва
внутренностей рыбы и их деформации проводили в следующей
последовательности. Мороженую рыбу размораживали до температуры 10—15° С,
взвешивали и замеряли ее максимальные линейные параметры. Ножом отрезали
голову от тушки таким образом, чтобы внутренности, присоединенные к голове,
не повреждались. Рыбу фиксировали посредством захватов за голову и
туловище. Включали пресс. Усилия отрыва внутренностей и их деформация
записывались самописцем на ленту. На рис. 13 представлены записи самописца
при отрыве внутренностей ставриды в координатах усилие — деформация.
Аналогичные записи получены для других видов рыб. Анализируя записи
самописца, можно прийти к заключению, что отрыв внутренностей происходит
постепенно. Сначала отмечаются их удлинение и вытягивание, а затем отрыв,
происходящий почти всегда в районе анального отверстия.
Не замечено корреляционной связи между усилием отрыва внутренностей и
их деформацией, а также, между усилием отрыва и массой или длиной рыбы.
ЛИНЕЙНЫЕ И ВЕСОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЫБ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РЫБ
При проектировании рыбообрабатывающего оборудования необходимо
располагать данными о морфометрических характеристиках тела рыбы.
Существует несколько различных схем замера линейных размеров рыб и способов
обработки полученных опытных данных. Принципиальным, на наш взгляд,
является вопрос о выборе основного размера рыбы. Размер рыбы от рыла до
конца хвостового плавника не может быть принят за основной размер,
поскольку нет строгой пропорциональности между длиной рыбы и длиной хвоста,
затруднительно выполнять обмерные работы с учетом длины хвостового
плавника; хвостовой плавник, не представляющий пищевой ценности, как
правило, удаляется. Не представляется возможным установить зависимость
между длиной рыбы с учетом хвостового плавника и ее массой.
За основной — базовый – размер рыбы следует принимать размер от конца
рыла до конца чешуйчатого покрова. Этот размер также принят как базовый в
методике замера линейных размеров, разработанной лабораторией механизации
Гипрорыбфлота.
По-видимому, даже при одинаковой базовой длине рыб (в дальнейшем этот
размер будем называть промысловой длиной рыбы) размеры отдельных
аналогичных элементов тела рыбы будут несколько различаться. Разбивка всего
улова на размерные фракции и приведение для каждой размерной фракции
максимального, минимального и среднего размеров не являются правомерными,
поскольку они характеризуют только данный улов и не. являются достоверными.
Задача каждого исследования заключается прежде всего в том, чтобы найти
обобщающие зависимости и перейти от частных случаев к общему. Выбор
обобщающих зависимостей основывался на внутривидовом подобии рыб, т. е. на
том, что при изменении промысловой длины рыбы пропорционально изменяются
все остальные ее размеры, а следовательно, соотношение между каждым
размером и промысловой длиной для различных рыб одного вида будет
оставаться практически величиной постоянной.
[pic] [pic] [pic] (14)
где [pic]— безразмерные коэффициенты; li, Нi;, Bi — соответствующие размеры
по длине, высоте, и толщине.
Поскольку размеры отдельных элементов тела рыбы являются случайными
величинами, то для достоверности результатов необходимо установить закон
распределения случайных ошибок и зону доверительных интервалов. По
результатам экспериментов на основании критерия Пирсона ?2 было
установлено, что случайные ошибки безразмерных коэффициентов подчиняются
нормальному закону распределения.
Весьма важным является выбор количества экспериментов, которое
определялось по замеру характеристик рыб в соответствии с законами
математической статистики:
[pic] (15)
где n – число замеров; t(P) – доверительный интервал; ? – доверительная
оценка точности; ? – среднее квадратичное отклонение.
Разделив и умножив правую часть уравнения на среднее значение
коэффициента [pic] выражающего отношение длины li к промысловой длине L,
получим:
[pic] (16)
где [pic]– коэффициент вариации.
При надежности P = 0,95 и t(P)=2 отношение ?/[pic] = 0,05. Принимая
максимальную величину коэффициента вариации m = 0.15, определяем
необходимое количество замеров, которое равно 36.
Значения коэффициентов [pic] для разных экземпляров рыб несколько
различаются, поэтому важно знать не только среднее значение
соответствующего коэффициента, но и зону доверительных интервалов, т. е.
как разбросаны значения [pic]вокруг среднего [pic]. Зная, что случайные
ошибки подчиняются нормальному закону распределения, можно определить зону
доверительных интервалов соответствующего размера по следующим
зависимостям:
[pic] (17)
Литература:
1) Попов В. В. Исследования физико-механических свойств эпипелагических
видов рыб. Калининград 1983
2) Попов В. В. Исследование морфометрических и теплофизических
характеристик мелких видов рыб. Калининград 1984
3) Попов В. В. Определение физико-механических характеристик рыб
открытого океана. Калининград 1985.
4) Уманцев А. З. Физико-механические характеристики рыб: методика и
результаты исследования. М. 1980
5) Чепрасов Н. Н. Использование физико-механических свойств рыбы при
эксплуатации оборудования: учебное пособие. Калининград 1980
-----------------------
Рис. 8. Прибор для определения кинетики деформации тела рыбы.
Рис. 11. Работа сжатия рыбы при 5-миллиметровой деформации, равной 5 мм, и
деформации, меньшей 5-миллиметровой (S и S1 – площади фигур,
соответствующие деформации ?1 и ?)
