WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Как уже было сказано выше, усилие резания зависит от скорости резания, поэтому необходимо экспериментально определить зависимость усилий рубящего резания от скорости резания.

С целью снижения энергоёмкости процесса измельчения и увеличения ресурса работы волчка за счёт сокращения пульсации режущих усилий, в решётке, выполненной в виде диска постоянной толщины с плоской рабочей перфорированной поверхностью, с центральным посадочным отверстием и с круглыми отверстиями перфорации, расположенными рядами по концентрическим окружностям, полярный угол положения центра отверстия перфорации определяется по формуле (начальное положение отверстий):

(8)

Координаты последующих отверстий:

(9)

Такое расположение отверстий перфорации снижает количество одновременно осуществляемых резов и соответственно максимальный момент от усилий резания. Это снижает пульсацию режущих усилий и, как следствие, уменьшает максимальную потребляемую мощность и вибрации оборудования.

Рис. 4. Расположение отверстий в решётке.

В диссертационной работе описываются методика и результаты экспериментальных исследований, проведённых на ЗАО «Боровичский мясокомбинат», по определению мощности, затрачиваемой на измельчение мясного сырья волчком при различной скорости вращения рабочих органов и различных формах режущей кромки. По экспериментальным данным определяется зависимость усилий резания от скорости резания. Эксперимент по определению полной потребляемой мощности и мощности, расходуемой на трение и измельчение мясного сырья волчком при различной скорости вращения рабочих органов и различных формах режущей кромки ставил своей целью выяснить, как изменяется характер распределения энергии, потребляемой волчком, при использовании: а) прямолинейной режущей кромки; б) криволинейной режущей кромки. На основании экспериментальных данных получена зависимость усилий резания от скорости резания. Определение мощности, потребляемой волчком при различной скорости вращения рабочих органов и различных формах режущей кромки, производилась с помощью экспериментальной установки, электрическая схема которой показана на рис. 5.

Рис. 5. Электрическая схема экспериментальной установки.

Экспериментальная установка состоит из: амперметра (DIGITAL CLAMP MULTIMETER 266 SERIES); преобразователя с пространственным векторным управлением (space vector inverter) на IGBT модулях LS 600; волчка 8 ММ. Для проведения эксперимента использовалась котлетная говядина и говядина высшего сорта. Использовался нож с расчетной криволинейной режущей кромкой (нож №1 рис. 6 а) и нож с прямолинейной осевой режущей кромкой (нож №2 рис. 6 б).

а б

Рис. 6. а – нож №1(экспериментальный); б – нож №2 (традиционный).

Эксперимент дал результаты, представленные на рис. 7. При математической обработке экспериментальных данных были получены следующие эмпирические уравнения(при 100<n<300 об/мин):

(рис. 7 а) (1) N1=-28,8+1,1n; (2)N2=-51,9+1,5n; (3)N3=-24,8+0,8n; (4)N4=-52,7+n;

(рис. 7 б) (а)Nа = 13,9+1,2n; (б)Nб= -24,7+1,8n; (в)Nв= 14,9+0,9n; (г) Nг= -1,3+n.

При измельчении котлетной говядины ножом №1 с частотой вращения ножей 300 об/мин сокращение потребления мощности по сравнению с ножом №2 составляет 25%. При измельчении говядины высшего сорта ножом №1 с частотой вращения ножей 300 об/мин сокращение потребления мощности по сравнению с ножом №2 составляет 11%.

Рис. 7. а – зависимости мощностей, расходуемых на измельчение и трение продукта о рабочие органы волчка, от частоты вращения рабочих органов; б – зависимости полных мощностей, расходуемых волчком, от частоты вращения рабочих органов.

Мощность, затрачиваемую на измельчение лезвием ножа, рассчитывали по следующей формуле:

(10)

Рассчитав усилия резания для разных скоростей (0,45<V<0,9 м/с), получили следующие эмпирические зависимости: при измельчении котлетной говядины ножом №2 (рис. 8 а): Р№2=4507 lg V /Vo +3265, Н/м

а б
Рис.8. а – зависимость усилий резания от скорости резания; б – зависимость усилий резания от угла скольжения при измельчении котлетной говядины.

Используя полученные экспериментальные данные, для измельчения говядины 2 сорта при частоте вращения 300 об/мин, получаем уравнение (7) в следующем виде

Усилия резания принимают своё минимальное значение при угле скольжения =49,8о. Принимаем этот угол скольжения для среднего радиуса режущей кромки. Полярный угол будет равен: n=ln(rn+1/rn) tg. Из условия оптимизации формы режущей кромки Р2 cos 2 r1= Р1 cos 1 r2 определяем геометрические параметры режущей кромки. =-199+174 lg r

Таблица 1.

Радиус режущей кромки r, мм

Оптимальный угол

скольжения

, о

Средний угол скольжения

ср, о

Полярный

угол, о

14

52,6

0

20

52,4

52,5

27

25,25

49,8

51,1

46

30

46,8

48,3

58

36,5

42,0

44,4

72



Рис. 9. Форма режущей кромки ножа для измельчения говядины второго сорта.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработано научное положение, заключающееся в выявлении двух критических скоростей резания и трёх режимов процесса измельчения: квазистатический, ударный, волновой.

2. По разработанной математической модели процесса резания осуществлена количественная оценка значений критических скоростей процесса резания мясного сырья на волчке.

3. Аналитически получено уравнение, описывающее взаимосвязь между усилием резания, геометрическими параметрами ножа и физико-механическими свойствами измельчаемого материала, при квазистатической деформации.

4. Получены экспериментальные зависимости между скоростью резания и усилием резания мясного сырья, определено значение начального угла скольжения при измельчении мясного сырья.

5. Оптимизирована форма режущей кромки ножа в форме критериального соотношения.

6. Разработана математическая модель для расчёта координат центра отверстий в ножевой решётке.

7. Изготовлен экспериментальный образец ножа и проведены его промышленные испытания на ЗАО «Боровичский мясокомбинат», подтвердившие справедливость разработанной методики инженерного расчёта рабочих органов измельчительного оборудования. Общая энергоёмкость процесса при использовании новых ножей сокращается на 20–25% по сравнению с использованием прямолинейной осевой режущей кромкой.

8. Экономический эффект от внедрения экспериментальных ножей составляет 275000 руб./ед. оборудования в год.

Условные обозначения:

Vкр1, Vкр2 – первая и вторая критические скорости резания, м/с; nкр1, nкр2 – первая и вторая критические частоты вращения ножа, с-1; V – скорость точки режущей кромки, м/с; Ккр1 – частота собственных колебаний массы деформированного материала, с-1; М – масса деформируемого материала, кг; w – удельная мощность, выделяемая в единице деформируемого объёма, Вт/м3; E – модуль упругости первого рода для измельчаемого сырья, Па; z – количество режущих кромок ножа; С – коэффициент упругости, Па; А – ширина пера ножа, м; d – наружный диаметр ножа, м; do – диаметр посадочной ступицы, м; r – радиус-вектор точки режущей кромки, м; Р1, Р2 – удельные усилия резания в первой и второй точке режущей кромки, Н/м; – угол заточки лезвия, град.; – угол скольжения лезвия, град.; 1 – критерии формы лезвия ножа; f– коэффициент трения между измельчаемой массой и материалом лезвия; fг – коэффициент трения между ножом и решеткой; kF – коэффициент удельной площади контакта лезвия и разрезаемого материала, м2/м2; рез – удельное сопротивление разрушению материала под кромкой лезвия, Н/м; сж – удельное сопротивление слоя сжатию фаской лезвия, Н/м; 1 – удельная сила трения на грани ножа, Н/м; 2I –удельная сила трения на фаске лезвия, Н/м; – удельная сила действующая на фаску ножа, Н/м; ро – адгезия измельчаемого материала к материалу ножа, Па; рго – адгезия ножа к решётке, Па; – коэффициент Пуассона; 1 2 – вязкость Па·с; – время деформирования, с; – период релаксации деформации, с; – острота лезвия, м; рез – напряжение резания, Па; пр – прочность мясного сырья на разрыв, Па; – угол трения, град.; S – энергия, необходимая на процесс резания, Дж; S1 – энергия, расходуемая на преодоление молекулярных сил, Дж; S2 – энергия, расходуемая на объёмное упруго – пластическое деформирование, Дж; S3 – энергия, расходуемая на трение лезвия о материал, Дж; – коэффициент полезного действия ножа; х – ширина контакта наклонной фаски измельчаемого материала, м; а – ширина контакта ножа с решёткой, м; hсж – предварительная деформация, м; h – высота перерезаемого слоя,м; Руд– удельное усилие скользящего резания, Н/м; Руд 2 – удельные усилия рубящего резания, Н/м; n – степенной показатель; – порядковый номер концентрической окружности; n – полярный угол положения центра отверстия перфорации, рад.; – приращение полярного угла, рад.; rn – радиус концентрической окружности, м; dр – диаметр отверстия перфорации, м;. Nо, Nа1, Nа2, Nх, Nс – мощности, расходуемые на измельчение продукта и трение продукта о рабочие органы волчка, трение о торец шнека, транспортирование продукта шнеком, проворот продукта ножом, экструдирование продукта через отверстия решетки, Вт; Nизм – мощность, расходуемая на измельчение продукта, Вт; Nпр – мощность, расходуемая на работу привода, Вт; Р№2 – удельные усилия резания ножом №2, Н/м

Основное содержание работы изложено в следующих работах:

1. Кузьмин В. В. Перспективы развития измельчительной техники в пищевой промышленности [Текст] / В. В. Кузьмин, В. В. Пеленко // Сборник «Актуальные вопросы техники пищевых производств». – СПб: 2004. – С. 49 – 53.

2. Кузьмин В. В. Математическая модель процесса обвалки рёберного мяса [Текст] / В. В Пеленко, Р. А. Азаев, В. В. Кузьмин. Сборник «Развитие теории и практики создания оборудования для переработки пищевой продукции».-СПб.СПбГУНиПТ 2004. – С.8 – 11.

3. Кузьмин В. В. Оптимизация формы режущих элементов измельчительного оборудования [Текст] / В. В. Кузьмин, В. В Пеленко // Сборник «Развитие теории и практики создания оборудования для переработки пищевой продукции».-СПб.СПбГУНиПТ 2004. – С.12 – 14.

4. Кузьмин В. В. Перспективные направления развития техники переработки мясного сырья [Текст] / В. В. Кузьмин, В. В Пеленко // Сборник «Проблемы техники и технологии пищевых производств». – СПб: 2005. – С. 20 – 25

5. Кузьмин В. В. Исследование фотометрических характеристик пищевых продуктов с целью интенсификации процессов их тепловой обработки [Текст] / В. В. Кузьмин, В. В Пеленко // Межвузовский сборник научных трудов «Теория и практика разработки и эксплуатации пищевого оборудования».-СПб.СПбГУНиПТ 2006 – С. 61 –65.

6. Кузьмин В. В. Обзор зарубежных волчков и смесителей для мясопродуктов [Текст] /В. В. Кузьмин, В. В Пеленко. // Межвузовский сборник научных трудов «Теория и практика разработки и эксплуатации пищевого оборудования».-СПб.СПбГУНиПТ 2007 – С. 7 –12.

7. Кузьмин В. В. О необходимости развития отечественного машиностроения для мясопереработки [Текст] / В. В. Кузьмин, В. В Пеленко. Межвузовский сборник научных трудов «Теория и практика разработки и эксплуатации пищевого оборудования».-СПб.СПбГУНиПТ 2007 – С. 21 –25.

8. Кузьмин В. В. Фундаментальные особенности процесса резания пищевых продуктов лезвийным инструментом [Текст] / В. В. Кузьмин, В. В Пеленко // Межвузовский сборник научных трудов «Теория и практика разработки и эксплуатации пищевого оборудования».-СПб.СПбГУНиПТ 2007 – С. 56 –58.

9. Кузьмин В. В. Оптимизация параметров оборудования для переработки мясного сырья [Текст] / В. В. Кузьмин, В. В. Пеленко // «Известия вузов. Пищевая технология». –Краснодар 2008. – №5-6 – С. 84-86.

10. Пат. 72876 Российская Федерация, МПК7 В 02 С 18/36. Решётка к устройству для измельчения [Текст] / Кузьмин В. В., Пеленко В. В.// Б. И.-2008-№13.

11. Пат. 2338594 Российская Федерация, МПК7 В 02 С 18/00. Нож лопастной к устройству для измельчения мясопродуктов [Текст]/ Пеленко В. В., Кузьмин В. В. [и др.] // Б. И.-2008-№ 23.

Pages:     | 1 ||






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