WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Исходя из условия равновесия сил, нормальная и касательная силы резания соответственно равны

; (11)

, (12)

где N – нормальная реакция обрабатываемого материала от воздействия частицы, Н;

– передний угол резания частицы ( = -33), град;

f – коэффициент трения частицы об обрабатываемый материал.

Нормальная реакция, входящая в эти формулы, может быть определена из условия прочности материала на срез при проецировании всех сил, действующих в материале, на плоскость среза m-m и на плоскость, ей нормальную (рис. 3).

Рис. 3. Схема сил, действующих в материале
при резании-царапании

После преобразований выражение для расчета нормальной реакции при резании примет вид

, (13)

где S – площадь поперечного сечения канавки царапины, м2;

S – касательное напряжение среза, Па;

– угол среза, град;

– коэффициент внутреннего трения в плоскости среза.

Учитывая выражение (13), формулы (11) и (12) запишутся следующим образом:

; (14)

. (15)

Как известно из теории резания металлов, средняя масса стружки, снятой одной абразивной частицей, рассчитывается по формуле

, (16)

где qч – масса единичного среза, кг;

S – площадь поперечного сечения среза, м2;

lср – длина среза, м;

– удельная масса обрабатываемого материала,.

Опуская промежуточные вычисления, формула (16) приводится к виду

, (17)

где u – коэффициент, учитывающий отношение нормальной составляющей силы резания к касательной.

С учетом выражения (17) съем загрязнения с поверхности скорлупы определится по формуле

, (18)

где Qсо – масса загрязнений, снимаемых с единицы поверхности скорлупы в единицу времени (теоретическая эффективность очистки), ;

nуд – число ударов одной абразивной частицы в единицу времени, ;

sсл – количество следов частиц на единице поверхности, ;

ср – коэффициент затухания силового импульса по высоте виброкипящего слоя (коэффициент демпфирования);

– коэффициент силового воздействия по радиусу виброемкости.

В окончательном виде формула (18) запишется в следующем виде:

, (19)

где – частота вибраций, ;

b – ширина царапины, м.

Коэффициенты ср и устанавливаются опытным путем при помощи приспособления для измерения силового воздействия на яйцо.

В третьей главе представлены программа и методика экспериментальных исследований по измерению эффективной вязкости дисперсных систем, по определению усилия, действующего на яйцо в различных зонах виброкипящего слоя, процесса сухой очистки товарных яиц в виброкипящем слое абразивного материала, методика математической обработки результатов эксперимента, описание экспериментальной установки и ее работы.

Предварительные исследования показали, что процесс сухой очистки товарных яиц в виброкипящем слое зависит от 9 основных факторов. Отсеивающим экспериментом была установлена существенная значимость только 7 из них: коэффициента перегрузки (a2/g, где a – амплитуда колебаний, м; – частота колебаний, с-1; g – ускорение свободного падения, м/с2), времени очистки (t, мин.), масштабного фактора (h/D, где h – высота слоя, м; D – диаметр емкости, м), среднего диаметра частиц (dср, м), материала, положения яиц по высоте слоя (hя, %) и фактора, учитывающего эффективную вязкость (ah/, где – кинематическая вязкость, м2/с). Одновременно оперировать в широком диапазоне коэффициентом перегрузки, масштабным фактором и фактором, учитывающим эффективную вязкость, не представлялось возможным. Поэтому основной эксперимент проводили с применением D-оптимального симметричного некомпозиционного плана Бокса-Бенкена для 4 факторов на 3 уровнях варьирования и для каждого исследуемого материала с фиксированным размером частиц (таблица 1), а эффективную вязкость как основную реологическую характеристику, влияющую на динамику поведения сыпучих тел под воздействием вибрации, рассмотрели отдельно.

Таблица 1

Уровни и интервалы варьирования факторов при исследовании процесса сухой очистки яиц

№ п/п

Наименование
фактора

Кодиро-ванное обозна-чение

Интервал варьирова-ния

Уровни варьирования

-1

0

+1

1

Коэффициент перегрузки a2/g

Х1

7,3

3,2

10,5

17,8

2

Масштабный фактор h/D

Х2

0,12

0,37

0,49

0,61

3

Положение яиц по высоте слоя hя, %

Х3

20

30

50

70

4

Время очистки t, мин.

Х4

4

2

6

10

Для проведения исследований процесса сухой очистки яиц в виброкипящем слое на кафедре «Механизация животноводства» АГАУ была изготовлена лабораторная установка (рис. 4).

Рис. 4. Схема экспериментальной установки для сухой очистки яиц:

1 – рама; 2 – винтовой механизм; 3 – гибкое днище; 4 – абразивный материал; 5 – приспособление для загрузки яиц; 6 – объект, подлежащий очистке (яйцо); 7 – емкость; 8 – пульт управления;
9 – вибровозбудитель; 10 – упругая муфта; 11 – электродвигатель

Работает экспериментальная установка следующим образом. Пультом управления 8 производится запуск электродвигателя 11, который через упругую муфту 10 плавно сообщает крутящий момент на вал вибровозбудителя 9. Винтовой механизм 2, выступая в роли шатуна, преобразует вращательное движение кривошипа вибровозбудителя 9 в возвратно-поступательное движение центральной части гибкого днища 3. Гибкое днище 3 приводит в движение нижние слои абразивного материала 4, а те, в свою очередь, передают колебания вышележащим слоям. Таким образом рабочая среда переходит в виброкипящее состояние. Партию загрязненных яиц 6 укладывают в ячейки решетки приспособления 5 и погружают в виброкипящий слой, где движущимися абразивными частицами осуществляется очистка яиц от загрязнений. После завершения очистки решетку поднимают и выгружают из нее очищенные яйца.

В качестве критериев оптимизации приняты эффективность очистки ЕО, кг/(м2с), и энергоемкость процесса ЕЭ, Втч/шт, сухой очистки товарных яиц в виброкипящем слое.

Исследования по измерению эффективной вязкости виброкипящего слоя проводили на вибровискозиметре, изготовленном на базе экспериментальной установки для сухой очистки яиц (рис. 5).

Рис. 5. Схема вибровискозиметра по определению вязкости дисперсных систем:

1 – рама; 2 – винтовой механизм; 3 – гибкое днище; 4 – направляющие; 5 – емкость; 6 – дисперсный материал; 7 – шарик; 8 – натяжное приспособление; 9 – струна; 10 – регистрирующая система; 11 – тяговый механизм; 12, 17 – упругая муфта; 13, 16 – электродвигатель;
14, 15 – пульт управления; 18 – вибровозбудитель

Принцип действия вибровискозиметра следующий. Исследуемый материал 6 переводится в виброкипящее состояние посредством вибровозбудителя 18. После чего включаются регистрирующая система 10 и тяговый механизм 11, обеспечивающий постоянную скорость движения сферического тела (шарика) 7. Усилие на протягивание шарика 7, регистрируемое тензометрическим датчиком, преобразуется в электрический сигнал, который подается на осциллограф, пройдя предварительное усиление. Шкала осциллографа тарируется на необходимый диапазон усилий, и с нее считываются истинные значения силы на перемещение шарика 7.

Расчет эффективной вязкости дисперсного материала выполняли по формуле Стокса:

, (20)

где – эффективная динамическая вязкость исследуемой дисперсной системы, Пас;

Р – усилие на преодоление сферическим телом сопротивления материала, Н;

Р1 и Р0 – сила на перемещение сферического тела в дисперсной системе и в пустой емкости соответственно, Н;

d – эквивалентный диаметр сферического тела, м;

V – скорость движения сферического тела,.

Исследования поведения и эффективной вязкости различных дисперсных сред, находящихся под воздействием вибрации, позволили выбрать основные материалы для сухой очистки яиц в виброкипящем слое. Ими оказались стеклянная крошка и дробленая галька – сравнительно недорогие, широко распространенные, обладающие хорошими абразивными свойствами.

Для определения совместного воздействия аэродинамического напора и силовых импульсов частиц дисперсной среды на яйцо, а также установления демпфирования среды в различных зонах виброкипящего слоя использовалось дополнительное приспособление (рис. 6).

Рис. 6. Приспособление для измерения силового воздействия на яйцо:

1 – рамка; 2 – подвижная опора; 3 – кронштейн; 4 – направляющие кольца; 5 – макет яйца; 6 – штанга

Силу воздействия (давление) исследуемой среды на яйцо регистрировали предварительно протарированным динамометром. Вес макета яйца 5 и штанги 6 соответствовал среднему весу стандартного куриного яйца (0,58 Н). Если наблюдалось выталкивание макета яйца 5 к поверхности виброкипящего слоя, то силу считали положительной, а в случае погружения – отрицательной.

В четвертой главе выполнен анализ результатов исследований, определены оптимальные параметры процесса сухой очистки товарных яиц в виброкипящем слое.

Математическую обработку экспериментальных данных проводили с использованием программы Statistica v6.0 для ПЭВМ.

На основании экспериментальных исследований получены уравнения регрессии для параметров оптимизации процесса сухой очистки яиц:

для стеклянной крошки

, (21)

; (22)

для дробленой гальки

, (23)

. (24)

По уравнениям регрессии построены соответствующие поверхности отклика (рис. 7-9), внешний вид которых для обоих исследуемых материалов имеет схожие черты. В качестве примера приведены графические зависимости по стеклянной крошке, свидетельствующие о повышении эффективности очистки с увеличением коэффициента перегрузки и времени обработки, с уменьшением высоты виброкипящего слоя и при нахождении яиц у виброднища установки, а также о росте энергоемкости с увеличением коэффициента перегрузки и высоты слоя.

Рис. 7. Графическая зависимость эффективности очистки Eo
от времени t и масштабного фактора h/D

Рис. 8. Графическая зависимость эффективности очистки Eo
от коэффициента перегрузки a2/g и положения яиц по высоте слоя hя

Рис. 9. Графическая зависимость удельной энергоемкости EЭ
от коэффициента перегрузки a2/g и масштабного фактора h/D

При длительной очистке загрязненная поверхность яйца больше по времени подвержена «бомбардировке» абразивными частицами. Следовательно, чем дольше загрязненные яйца находятся в виброкипящей абразивной среде, тем процесс сухой очистки протекает более эффективно и в единицу времени с поверхности скорлупы снимается больше загрязнений.

Чем меньше высота слоя абразивного материала, тем большая величина силового импульса передается от виброднища экспериментальной установки к абразивным частицам, и тем интенсивнее ударное воздействие последних на загрязненную поверхность скорлупы.

Величина коэффициента перегрузки определяется двумя основных параметрами вибрации – амплитудой и частотой колебаний. При повышении амплитуды увеличивается величина силового импульса, генерируемого виброднищем, и следовательно, ударное воздействие абразивных частиц. Повышение частоты колебаний виброднища ведет к росту числа контактов абразивных частиц с очищаемой поверхностью, что повышает эффективность очистки. Таким образом, увеличение коэффициента перегрузки интенсифицирует процесс сухой очистки яиц.

Положение яиц по высоте виброкипящего слоя абразивного материала тоже играет важную роль при сухой очистке. Так, у поверхности виброкипящего слоя очистка малоэффективна или неэффективна вообще. Лучшая очистка яиц достигается при их размещении у основания виброемкости.

Возрастание удельной энергоемкости процесса с увеличением параметров a2/g и h/D сухой очистки яиц можно объяснить следующими причинами. С одной стороны, рост высоты виброкипящего слоя ведет к увеличению занимаемого им объема и его веса. При этом повышается давление рабочей среды на виброднище и потребление энергии электродвигателем. С другой стороны, с увеличением коэффициента перегрузки связано возрастание величины ускорения вибрации a2, а следовательно, и потребляемой электроэнергии.

Положение яиц по высоте виброкипящего слоя практически не влияет на энергоемкость процесса сухой очистки.

Результаты исследований показали, что очистка яиц в виброкипящем слое стеклянной крошки в среднем на 15% эффективнее, чем в виброкипящем слое дробленой гальки.

При проведении экспериментальных исследований процесса сухой очистки яиц от загрязнений коэффициент перегрузки находился в интервале от 3,2 до 17,8, а масштабный фактор при D = 326 мм – от 0,37 до 0,61. Положение очищаемых яиц по высоте виброкипящего слоя в виброемкости варьировало от 0,3h до 0,7h, а время их очистки изменялось от 2 до 10 мин.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»