CC BY
12
Научни трудове на Съюза на учените в България-Пловдив. Серия В. Техника и технологии, т. XV, ISSN 1311 -9419 (Print), ISSN 2534-9384 (On- line), 2017. Scientific Works of the Union of Scientists in Bulgaria-Plovdiv, series C. Technics and Technologies, Vol. XV., ISSN 1311 -9419 (Print), ISSN 2534-9384 (On- line), 2017.
ИЗСЛЕДВАНЕ НА ХАРАКТЕРА НА ЗАВАСИМОСТИТЕ НА РЕЗУЛТАНТНИТЕ СЪПРОТИКЛЕШМ ОТ РАДИУСАНА ДИСКА ПРИ ТЯСИНИ НН ХРАНИСЕАНИ ПУОДУКТИ С ДА АДОВ НАЖ Симеон Васнлев-УХТ- Пловдив Алиана Тлиева - УХТ- Уловдив
INVESTIGATION OF THE CHARACTER OF RESULTANT RESISTANCE FORCES DEPENDING ON PEROTS OF THE DISС TO CUTTING FOOD PTODUCTT BYDITC BTilFE Oasilev d UI^TT - Plovdic Iiiana Ilieva - UTT p PSondiv
Abstract. Subject of the present theoretical study is the cutting process, which is one of the most common processes in the different sectors of the food industry. Cutting devices using disc knives are discussed. A study is proposed on the influence of the radius of the disc knife, on the resultant friction force, caused by the friction between the side walls of the knife and the material getting cut. An investigation of the character of these relationships between the resultant friction forces and radius of the disc has been suggested. Keywords: resultant friction force, disc knife, food, friction, relative deviation, linearity
Въведение. Технологичните процеси за производство на храни, оказват съществено влияние върху качеството, себестойността и естетичния външен вид на продукцията в хранително-вкусовата промишленост. Важен етап от тези технологични процеси е рязането. То е механичен процес съпроводен от локално деформиране и разрушаване на хранителния продукт с помощта на режещ инструмент, притежаващ определена геометрия на режещата част. Механиката на процеса рязане в голяма степен зависи от физико-механичните свойства и структура на обработваните продукти, както и от конструктивните и геометрични параметри на режещия инструмент. Широко приложение в различни отрасли на хранителната промишленост имат режещите устройства с дисков нож или пакет (набор) дискови ножове. Техни предимства са сравнително простата им конструкция и лесна кинематика, качествена обработка на хранителните продукти вследствие прилагането на високи скорости на рязане, удобно презаточване и лесна санитарна обработка. Процесът рязане на хранителни продукти с дисков нож е обект на различни теоретични (Daurskii, 1980, 1994) и експериментални анализи (Boteva, 2016; Karpov, 1971).
В предишни изследвания (Vasilev, 2010) подробно е разгледан динамичен модел при рязане с дисков нож с попътно подаване. Ръбът на режещия инструмент е гладък и двустранно заточен. На базата на този модел са определени резултантната триеща сила и въртящият момент, като е отчетено триенето между разрязвания продукт и страничните стени на дисковия нож. За резултантната триеща сила е получен израза:
Г = [r2J4 - (r -А- B)2 J5 + B(2r - 2Д - B)tgpd],
където
¡и - коефициент на триене между разрязвания продукт и ножа; Е - модул на еластичност на разрязвания продукт, Ра; а - половината от ширината на ножа, т ;
I - едностранна деформационна област, мерена по направление, перпендикулярно на дължината на режещия ръб, т ; г - радиус на дисковия нож, т ; В - дебелина на разрязвания продукт, т ; Д - височина на врязания в плота дисков нож, т ;
Параметрите J4 и J5 се наричат съответно първа и втора съпротивителна характеристика (Шеуа, 2016) и представляват следните елиптични интеграли:
J 4 =
Аж^ф —1 } в Хсо^ф-1
ГФг А С08 ф — 1 , т г
I . аф; J =1
•>фд /1 , П2 О 1 „„„ ф
ф д/1 + А — 2Асо$ф 5 }фд С082 в 1 + А — 2Асо$,ф
V
Тук А= — е скоростен коефициент, който представлява отношението на периферната
скорост на ножа ур към скоростта на подаване на материала уп, а границите на
интегралите J4 и J5, са определени от изразите:
г—Д г—Д—В
фд = агссо8- , фг = атссо8-.
г г
Параметрите и, Е, а и I, зависят от естеството на разрязвания продукт и са изведени експериментално. Стойностите на величините г, В, Д и А са обект както на теоретични, така и на експериментални изследвания.
Настоящият труд предлага изследване на влиянието на конструктивния параметър г на режещия инструмент, върху резултантната триеща сила.
Изходни данни. Проведен е числен анализ за суровина месо, като са разгледани следните изходни данни:
• скоростен коефициент А = 10;
• дебелина на разрязвания продукт В = 0.01 т ;
• височина на врязания в плота дисков нож Д = 0.001 т .
Получени резултати. Влиянието на радиуса на дисковия нож върху Тх, отчетено чрез стойностите на J4 и J5 за различни стойности на г са изложени в таблица 1 и на фигури 1, 2 и 3.
таблица 1. Стойности на резултантни съпротивления при различни стойности на радиуса на
дисковия нож г
г, т 0,055 0,065 0,075 0,085 0,095
J4 0,4011 0,3747 0,3528 0,3342 0,3183
J5 0,4891 0,4424 0,407 0,3788 0,3558
Т , N 0,0912 0,1005 0,1091 0,117 0,1244
о.от о.оа 0.09 0.10
фиг. 1 Първа съпротивителна характеристика, в зависимост от г
0.07 О.ОВ 0.09 0.10
фиг. 2 Втора съпротивителна характеристика, в зависимост от г
0.07 о.ое о.оэ о.ю
фиг. 3 Резултантна триеща сила, в зависимост от г
оя7 аса аоэ о» фиг. 4 Отклонение от линейност на резултантната триеща сила, в зависимост от г
Направена е количествена оценка на относителното отклонение от линейност на разглежданите резултантни зависимости J4, J5 и Тх, от радиуса на дисковия нож г.
Количествена оценка на степента на това относително отклонение от линейност 8 се определя от условията:
• при 8 < 5% функцията се приема за линейна;
• при 8 > 5% функцията не може да се приеме за линейна.
Прекарва се права Ь през точките явяващи се начало и край на графиката на Г = Г (г) в интервала от стойности, за който г е [0.055,0.105] (фиг.4).
Разглеждания интервал се дели на 11 подинтервала със стъпка 0.005. Генерира се код, който пресмята координатите на Тх и Ь, във всяка деляща точка на зададените подинтервали, а също така и евклидовото разстояние между съответните точки от графиките на силовата характеристика Т и правата Ь. Получени са следните данни:
а„
8Т % = , . х тах Г (г)
100 = 0.00180004100 и 1.59%,
0.113081
където атах е най-голямото разстояние между съответните точки от двете графики,
тах Тх е стойността на резултантната триеща сила, където е най-голямото разстояние атах
и с 8Т е означено относителното отклонение от линейност на Т .
Тъй като за относителното отклонение от линейност се получава
8Т % «1.59% < 5%,
то кривата на изменение на функцията Tx = Tx (r) се приема за линейна.
За относителното отклонение от линейност на първа и втора съпротивителна характеристика, в зависимост от радиуса на дисковия нож са получени резултатите:
^ 0% = Н ^ 100 = 0 00957581100 « 2.71%, J4 max J4 (r) 0.352804
5, % = dmax . . 100 = 0 0210998100 « 5.18%, J5 max J5 (r) 0.406957
Може да се заключи, че графиките на резултантната триеща сила, както и тази на първа съпротивителна характеристика, в зависимост от радиуса на дисковия нож могат да се приемат, че имат линеен характер, докато зависимостта на втора съпротивителна характеристика, в зависимост от радиуса на дисковия нож - не може да се приеме за линейна.
Установените зависимости могат да бъдат приложени при проектиране на различни конструкции режещи устройства, динамично оразмеряване (избор на задвижване), якостни и деформационни анализи и др.
Литература
1. Vasilev S., Modelirane i dinamichen analiz na mehanichni pratsesi i sistemi v hranitelno vkusovata promishlenost, Habilitatsionen trud, Plovdiv, 2010
2. Daurskii A. N.., Y. A. Machihin, Rezanie Pishtevaih materialov, Moskva, Pishtevaia promyishlenost, 1980
3. Daurskii A. N.., Y. A. Machihin, R. I. Hamitov, Obrabotka pishtevyih produktov rezaniem, Moskva, Pishtevaia promyishlenost, 1994, str. 216
4. Karpov V. I., Silyi poleznyih soprotivlenii, voznikaiushie pri rezanii ryibnogo syigria, KTIRPH, Kaliningrad, 1971, str.
5. Boteva M., I. Mihaylov, I. Shopov (2016). Research of the effect of the velocity coefficient on the cutting force of vegetables. International scientific and practical conference "World science (The goals of the WorldScience 2016 (January 27 - 28, 2016, Dubai, UAE)"), 2(6), Vol. 1, 19-21
6. Ilieva I., Mehano-matematichno modelirane na procesite na riazane na hranitelni producti s diskov noj, Disertacionen trud, Plovdiv, 2016г
