CC BY
49
УДК664.002.(075.8)
Б.И.Коган, А.Л.Майтаков
ФОРМИРОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ БЛОКОВ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО КАЧЕСТВА ПИЩЕВЫХ МАШИН
Работа решает задачи оптимизации основных процессов пищевых производств (механических, тепловых и др.) путём создания и реализации новых принципов системного подхода при изготов-
верхностей, предопределяемых видами производственных процессов, характеристиками объектов производства, показателями назначения и надежности машин и аппаратов. Идея заключается в
Таблица 1.Коды показателей элементов растительной среды эксплуатации пищевых машин и аппаратов
Наименование группы Код груп- пы Характеристика Показатели Ед. изме- рения Код показа- теля Интер- валы Код ин- терва- ла
Несвязные кусковые 1 Размеры частиц более 3 мм, вес частиц значительно превосходит силы сцепления между ними Средние размеры частиц мм 01 0,45-6,0 6,0-12 1 2 3 4
Несвязные 2 Мелкодисперсные сухие 5
зернистые сыпучие материалы. Образуют углы естественного откоса. Способны к гидравлическому истечению через отверстия, в 5-7 раз превосходящие размер частиц Усилие раздавливания МПа 02 0,025-0,12 0,12-0,21 0,21-0,3 0,3-0,4 0,4-0,5 1 2 3 4 5
Связнотеку- 3 Сухие, сыпучие порошкообразные материалы с низким коэффициентом внутреннего трения, не уплотняющиеся, не меняющие свойств при естественном длительном хранении
чие. стабильные, неуплот-няющиеся Плотность укладки 103 кг/м3 03 0,3-0,54 0,54-0,78 0,78-1,02 1,02-1,26 1,26-1,5 1 2 3 4 5
Связнотекучие слабо-уплотняющиеся 4 Сухие, сыпучие, порошко- и пылеобразные материалы, в рыхлом состоянии текучие. После уплотнения приобретают связность. Для разрушения связей требуют небольшой затраты энергии.
Влажность % 04 10,8-17,2 17,2-23,7 23,7-30,1 30,1-36,5 36,5-43 1 2 3 4 5
Связнотеку- 5 Пылевидные, сыпучие с гранулами игольчатой формы, повышенным внутренним трением и сцеплением
чие средне-уплотняющиеся Коэффициенты внешнего трения по стали 05 0,34-0,45 0,45-0,56 0,56-0,67 0,67-0,78 0,78-0,9 1 2 3 4 5
Связнотекучие сильно- 6 Материалы легко уплотняющиеся под действием собственного веса, с гидростатическими связями между частицами
уплотняющиеся, нестабильные Температура оС 07 20-56 56-92 92-128 128-164 164-200 1 2 3 4 5
лении основных рабочих элементов машин и аппаратов.
Оптимизация процессов базируется на конструкторско-технологическом обеспечении параметров качества (КТОК) 1 функциональных по-
1 КТОК заключается в установлении зависимостей
показателей назначения и надежности от функциональ-
ных параметров механизмов, кинематических пар и ферм, а также технологических погрешностей их определяющих, закономерностей их формирования, создании методов и средств, позволяющих на этапах изготовления и эксплуатации машин оперативно оценивать параметры качества, прогнозировать состояние машины и осуществлять функции управления.
Г
ЭВМ
Рис.1. Блок - схема конструкторско-технологического обеспечения качества машин и аппаратов
разработке теоретических основ формирования информационных моделей технологических блоков (ТБ) 2 Системный подход в реализации этой
идеи состоит в систематизации и идентификации предметов производства и функциональных поверхностей механизмов, кинематических пар и
2
Технологический блок (ТБ)- это совокупность методов обработки поверхностей, оборудования, оснастки, технологических материалов, режимов, метроло-
гического обеспечения, позволяющая обеспечить высокое качество функциональных поверхностей рабочих органов машин и аппаратов.
\
Ж
ШП1±
ЖЕ
пДройуЛТШ!
Г+1 @ ^
Рис.2. Шнеки - рабочие органы:а - дозатор 68 -4М: б - измельчитель центробежный ИЦ-1;в - питатель шнековый ПШМ1; г - смеситель шнековый СГ-3 (1-шнек; 2-неподвижный диск с пальцами;
3-диск; 4-диск ротора)
ферм, их параметров качества, элементов среды эксплуатации, видов отказов, способов изготовления, определении критериев технологичности, надежности, экономичности, а также создании программы синтеза информационных моделей ТБ (рис.1).
Авторами разработана система индекс - кодов объектов и параметров по блокам 1,2 и 3 (рис.1).
[3,4]. Примеры кодов приведены в табл.1. Решение данной задачи можно рассмотреть на примере синтеза ТБ для технологического обеспечения параметров качества (ТОК) шнеков - достаточно распространенных рабочих элементов пищевых машин (рис.2) и, в частности, на примере формирования информационной модели ТБ для ТОК шнека дозатора 68-4М (рис.3).
Выполним идентификацию исходных данных (рис.3) по блокам 1,2 и 3 (рис.1). Результаты идентификации приведены в табл. 2.
Аналитическое выражение зависимостей интенсивности абразивного I и абразивнокоррозионного износа 1к от комплексных параметров трибохарактеристик С КС даны в работе [1] и могут быть использованы при формировании информационных моделей. Зависимости интенсивности износа от производительности конкретных машин в конкретных условиях для каждого вида устанавливаются в форме регрессионных уравнений. Для приведённого примера комплексный параметр КС
К] ,
фицируются 14 кодами, элементы ТБ- 10-12 кодами, технико-экономические критерии - 3 кодами. Для анализа 8 методов технологического воз-
• к у
'ко ^у.к.
где Ук - скорость коррозии перьев шнеков;
Ук0 - скорость коррозии пера шнека (образца) без дополнительной обработки;
КУК. - коэффициент, учитывающий влияние условий корродирования (среды эксплуатации) на скорость коррозии.
В зависимости от перерабатываемого продукта Кс = 5...12,2.
Рассматривались варианты технологических воздействий на перья шнеков с целью повышения их износостойкости и коррозионной стойкости: дробеструйная обработка, твердое хромирование, цинкование, азотирование, лужение пищевым оловом, замена нержавеющих сталей углеродистыми, подвергнутыми хромированию, магнито -импульсное упрочнение, нитроцементация.
По табл. 6.4 в работе [1] в качестве метода обработки поверхности пера шнека выбираем вибронакатывание (или дробеструйную обработку). Остальные методы в рамках данной статьи не рассматриваются.
Объект отказа и среда эксплуатации иденти-
Рис. 5. Схема технологического блока для дробеструйной обработки перьев шнека (1 - электродвигатель: 2 - коробка скоростей; 3 - патрон; 4 - шнек; 5 - мундштук; 6 - держатель; 7 - ползун; 8 - направляющий портал; 9 - центр; 10 -стойка: 11 - кронштейн основания; 12 - основание)
Рис. 4. Информационная модель технологического блока в виде виртуального выпуклого многогранника
действия использованы 104 кода, всего 128-130 кодов, определяющие емкость идентифицируемой модели в виде виртуального выпуклого многогранника [2] (3х3х3х6=162 грани).
Данные из табл.2 наносятся на грани конгруэнтных кубов виртуального выпуклого многогранника (рис.4). после чего выполняется селекция и формирование оптимальной совокупности индекс - кодов для решения конкретной задачи в соответствии с установленными алгоритмом и логикой (программой) при помощи персонального компьютера.
Выбор оптимального варианта технологического воздействия на перья шнека определяется сравнением технико-экономических критериев и стоимости обработки. Оптимальному показателю соответствует определенное сочетание кодов, элементов ТБ, которому присваивается интегральный код-ярлык, элементам - одинаковый цвет соответствующих граней с кодами. В этом состоит “решение” виртуального выпуклого многогранника - информационной модели ТБ.
После этого разрабатывается техническое задание на построение оптимального ТБ с учетом техникоэкономических показателей. ТБ обеспечивает качество рабочих элементов машин и решает задачи оптимизации основных процессов пищевых производств. Пример реализации задания приведён на рис. 5
Заключение Созданы и реализованы новые принципы системного подхода при
формировании функциональных элементов конст- выпуклых многогранников, состоящих из вирту-
рукций пищевых машин и аппаратов на базе ТБ. альных поворотных вокруг трех осей координат
_________________________________________________________________________________________Таблица 2
и
о
н
м
Идентифицируемые критерии рабочих элементов Код
Класс по конструкторско-технологическому классификатору (шнек) 409150
Габариты, мм: диаметр-240, Г
длина-961, В
диаметр центрального отверстия-0 0
Масса, кг: 9,4 В
Материал: Сталь 12Х18Н10Т 21
Точность (квалитет)-14 6
Шероховатость рабочей поверхности: исходная, после дробеструйной обработки йг=20 0/2
Шероховатость рабочей поверхности: исходная, после дробеструйной обработки йг=20 07
Вид модуля поверхности: рабочий винтовой наружный Р211
Вид отказа: утончение перьев шнеков по толщине, неравномерное, до 0,5 мм 04
Вид взаимодействия рабочих элементов со зивный и коррозионный износ средой эксплуатации с влажной средой- абра- 164
Среда эксплуатации * Код по табл.2
Тесто 6.011.021.035.045.052.062.071
Мука 2.011.021.035.041.051.061.071
Крупа 2.012.023.033.041.053.063.071
<N
И
о
н
м
*учитываются выделенные показатели наиболее агрессивных параметров
Комплексный параметр трибохарактеристик Сх
Код
в пределах 6,8
07
Идентифицируемые элементы технологического блока (ТБ) (один вариант для примера)
Код
Виды технологического воздействия: дробеструйная обработка
02.13
Оборудование: стенд - вращатель модульного типа с коробкой скоростей и копировальным устройством, с регулируемыми межцентровым расстоянием и высотой центров (ГОСТ 3026096)_______________________________________________________________________________________
0.02
к
о
л
Б
Оснастка: специальные мундштуки-сопла твердосплавные
0.13
Режимы обработки (дробеструйной): число оборотов шнека в мин.
60
Скорость потока дроби 50 м/с Интенсивность потока 65 кг/мин
50, 65
Угол атаки 60
60
Технологический материал: дробь стальная, 0 0,5
408
Контрольно-измерительный комплекс:
-для контроля твердости -
-для контроля шероховатости Яа, Бт, Б^,
tn
119
021
4
к
о
л
Б
Технико-экономические критерии
Код
Технологический критерий Кт= 1,0
09
Критерий долговечности Кд=0,9
01
Стоимость изготовления по новой технологии (или упрочнения) Снт =480 руб.
01
На основе идентификации элементов систем сре- конгруэнтных многогранников, грани которых
ды, рабочих модулей и технологических воздейст- являются носителями индекс - кодов критериев
вий предложена новая концепция представления элементов указанных систем. информационных моделей ТБ в виде виртуальных
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Суслов А.Г., Федоров В.П. и др. Технологическое обеспечение и повышение эксплуатационных свойств деталей и их соединений. - М.:Машиностроение,2006.-448с.
2. Способ формирования технологического ремонтного блока. Патент РФ №2333088 от 18.09.2006г., опубл. 10.09.2008г. Бюл.№25. Авторы: Коган Б.Н., Черныш А.П.
3. Коган Б.И., Майтаков А.Л.Научные предпосылки технологического обеспечения качества восстановления и повышения надежности пищевых машин// Вестн. Кузбасского гос. тех. унив., 2008, №2. С.79-83
4. Майтаков А.Л. Оценка эффективности комбинированной упрочняюще - отделочной обработки деталей пищевых машин. // Изв. ВУЗов. Пищевая технология, 2008, №4. С.78-81.
□ Авторы статьи
Коган Майтаков
Борис Исаевич Анатолий Леонидович
- докт.техн.наук, проф. каф. техно- - канд. техн. наук, зав. каф. техноло-
логии машиностроения КузГТУ гии металлов КемТИПП
E-mail: [email protected] E-mail: [email protected]
