Использование элементарной физической модели при определении производительности оборудования, удельной работы и КПД процесса обработки Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

DEVELOPING THE NEARLY OPTIMALLY PERFORMING DISPLACEMENT DIAGRAMS OF ELECTRIC DRIVES DIRECT CURRENT WITH MOMENT OF RESISTANCE VISCOUS FRICTION TYPE

YU.P. DOBROBABA, T.S. ZHIVODROV

Kuban State Technological University,

2, Moskovskaya st., Krasnodar, 350072; e-mail: [email protected]

Positional electric drives direct current with moment of resistance viscous friction type are widespread in the food industry. Proposed two are nearly optimally performing displacement diagrams of electric drives direct current with constant moment of resistance: a current limitation, the limitations of current and speed.

Key words: electric drives direct current, displacement diagram of electric drive direct current, the angle of rotation of the electric drive from time, the moment of resistance, viscous friction.

664.03

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ, УДЕЛЬНОЙ РАБОТЫ И КПД ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ

В.П. БОРОДЯНСКИЙ

Кубанский государственный технологический университет,

350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2; тел.: (861) 275-22-79

Для получения математических зависимостей, касающихся производительности оборудования, удельной работы и КПД процесса обработки материала, используется элементарная физическая модель. Показано влияние кинематических параметров модели (угла давления) на энергетические показатели процесса.

Ключевые слова: технологическое оборудование, элементарная физическая модель, производительность, удельная работа, КПД обработки материала.

чин, не входящих в параметры ЭФМ. Поэтому общим показателем, отражающим производительность разного вида обрабатывающих устройств, может служить величина вытесняемого рабочим органом объема материала. Для ЭФМ (рис. 1) вытеснение объема происходит при движении пластин 1 и 2 модели (рис. 1, а), при котором они сближаются со скоростью У12. Поверхность пластины 1 на участке ВС контакта ее с материалом перемещается в глубину материала со скоростью К1И2. Объем, вытесненный за 1 с, или объемная производительность:

бс = 11ЬУП = К ьуг*ш р, (1)

где бс - производительность объемная, м3/с; /¡и Ь - длина и ширина контактной поверхности пластины 1, м; УЩ - нормальная составляющая скорости пластины 1 относительно пластины 2, м/с; У - скорость пластины 2, м/с; р - угол схождения пластин 1 и 2.

Производительность по массе вытесняемого материала б, кг/с:

б = бс Р = 11 ЬРУ281п р , (2)

где р - плотность обрабатываемого материала, кг/м3.

Для материала, имеющего при обработке прокаткой практически постоянную плотность, определение производительности по вытесненному объему (массе) позволяет проводить оценку энергозатрат на процесс.

Исходя из особенностей конкретного устройства, зависимости (1) и (2) могут использоваться непосредственно либо незначительно видоизменяться. Напри-

Важными характеристиками функционирования технологического оборудования являются его производительность и энергопотребление. Использование элементарной физической модели (ЭФМ) для определения этих параметров позволяет обобщить методы их расчета для технологического оборудования, осуществляющего механические процессы обработки материала - прессование, резание, измельчение и др.

Обобщенные методы энергосиловых расчетов оборудования с использованием ЭФМ [1-3] в своей основе опираются на ограниченное число параметров, характеризующих реальное устройство, производящее обработку материала. В то же время определение производительности оборудования по существующим методикам требует конкретных для данного устройства вели-

а б

Рис. 1

мер, для устройств, обрабатывающих материал постоянной плотности путем снятия стружки, зависимости (1) и (2) используются без изменений. А в случае уплотнения сыпучего материала величина вытесненного объема характеризует интенсивность уплотнения (не производительность), т. е. скорость изменения объема, поступающего в устройство на обработку материала. Производительность такого устройства будет определяться количеством проходящего через него материала.

При резании материала пластина 1 ЭФМ является ножом, поэтому ширина пластины Ь ^ 0, и вытесняемый объем в этом случае также будет стремиться к нулю. В связи с этим, при резании материала на порции характеристикой работы режущего устройства будет скорость образования новой поверхности среза. Зависимость (1) примет вид

Qp = liV2sin ß

(3)

где бр - производительность резания по площади новой поверхности, м2/с.

Удельная работа обработки материала Ауд, Дж/кг, с использованием производительности по массе вытесняемого материала б

А = N-

УД Q

P V

, 1 1Г 12

Q

(4)

где N - мощность, Вт; P12 - равнодействующая давления пластины 1 на пластину 2 (через материал 3),Н; V12 — скорость пластины 1 относительно пластины 2, м/с.

После подстановки в (4) значения P12 = ф l1 b cos ф 1 [2], Q из (1), принимая во внимание, что V2 sin Р = V12 cos ф 1, получим

А

ф li Ъ cos ф i Vi2 l1 bV2 psin ß

ф

Р

(5)

А1 - ф А УД = V'

(6)

Рис. 2

глаживаемого» слоя и больше затраты энергии на деформацию этого слоя и трение. Величину этих вредных сопротивлений можно определить по зависимости

кЪг,

(7)

где - сила вредных сопротивлений, Н; Ь - ширина пластины 1 ЭФМ, м; г - обобщенный коэффициент режущей кромки, м.

Следует подчеркнуть, что коэффициент г - величина, учитывающая влияние на усилия как деформации поверхности среза, так и трения скольжения рабочего органа (инструмента) по материалу.

Мощность, необходимая для преодоления вредных сопротивлений:

N = FV

N с 1 cV 12

brV ф ЪГ V 12

(8)

где У,2 - тангенциальная составляющая скорости пластины 1 ЭФМ относительно пластины 2.

Мощность, необходимая для преодоления полезных сопротивлений [2]:

Таким образом, теоретически удельная работа, необходимая для вытеснения материала, зависит от напряжений (напряжения фактические Оф) и плотности р обрабатываемого материала. Практически Ауд будет больше из-за потерь на трение материала о поверхность рабочих органов в процессе обработки. Поэтому с учетом КПД

N = P V

N 1 12V 12

(9)

ф 11 Ь сОв ф 1^12.

Известно, что КПД - отношение полезно затраченной энергии на обработку материала к общей затраченной энергии, выражая это отношение через мощности:

N

N + N с

(10)

Подставим в (10) значения (8) и (9), проведем сокращения и разделим числитель и знаменатель на /1:

где ^ - КПД процесса обработки.

Каждое конкретное устройство имеет свои геометрические, кинематические и силовые параметры, которые следует учитывать при определении потерь на внешнее трение. Например, для случая, когда обработка материала происходит путем многократного послойного отделения его от заготовки (шлифование, фрезерование и др.), потери на трение будут в основном за счет скольжения режущей кромки инструмента по заготовке. При этом режущая кромка не идеально острая, а с закруглением. По этой причине поверхность среза деформируется, и чем больше радиус закругления режущей кромки, тем значительнее толщина «вы-

1

1+ — *ЕФ 1

l1

(11)

sin ß

;[1].

где фі - угол давления, фі = arccos-_______

yji2 + і — 2i cosß

Полученная зависимость (11) показывает, что КПД снижается с увеличением коэффициента r (качество инструмента). В этом случае увеличиваются потери на внешнее трение при отделении порций (стружки) от общей массы материала (заготовки). Значительное влияние на КПД оказывает и кинематическая характеристика процесса обработки - отношение скоростей

с

пластин i = V1/V2, которое учитывается при определении угла ф! [1]. Зависимости ^ =ДфО при разных значениях r/l1 (рис. 2: кривая 1 - 1/1; 2 -1/5; 3 - 1/10; 4 -1/25; 5 - 1/100) показывают, что резкое падение значений ^ наступает при углах ф1, близких к 90°. При ф1 = 90° происходит чистое скольжение и, следовательно, вытесняемый объем отсутствует (обработка материала не производится), поэтому ^ = 0.

Таким образом, с помощью ЭФМ решается задача определения производительности технологического оборудования по вытесненному объему (массе) материала, затраты энергии на его обработку и устанавли-

вается зависимость КПД от геометрических и кинематических параметров процесса обработки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бородянский В.П. Механика взаимодействия рабочих органов машин с обрабатываемым материалом // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2010. - № 1. - С. 89-92.

2. Бородянский В.П. Определение равнодействующей давления обрабатываемого материала на рабочий орган машины // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2010. - № 4. - С. 93-95.

3. Бородянский В.П. Устройства для обработки материала и их элементарная физическая модель // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2010. - № 5-6. - С. 79-83.

Поступила 10.02.10 г.

USING AN ELEMENTARY PHYSICAL MODEL FOR DETERMINING THE PRODUCTIVITY OF EQUIPMENT, SPECIFIC WORK AND EFFICIENCY OF PROCESSING OF MATERIAL

V.P. BORODYANSKY

Kuban State Technological University,

2, Moskovskaya st., Krasnodar, 350072; ph.: (861) 275-22-79

For mathematical relationships related to the productivity of equipment, specific work and efficiency of processing of the material used is an elementary physical model. The effect of kinematic parameters of the model (the angle of pressure) on the energy performance of the process.

Key words: technological equipment, an elementary physical model, performance, specific work, the efficiency of processing the material.

664.72.002

СКОРОСТЬ ВИТАНИЯ ЯДРА И ЛУЗГИ СЕМЯН ПОДСОЛНЕЧНИКА

В.В. ДЕРЕВЕНКО, Г.А. ГЛУЩЕНКО

Кубанский государственный технологический университет,

350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2; электронная почта: [email protected]

Экспериментально определены скорости витания частиц ядра и лузги семян подсолнечника. Получены зависимости для их расчета.

Ключевые слова: ядровая фракция, лузга, полигон распределения скорости витания.

В производстве подсолнечного масла отделение лузги из рушанки осуществляется на семеновеечной машине марки Р1-МС-2Т. Качество работы аспираци-онной камеры определяет уровень потерь масла с лузгой. Нами исследованы аэродинамические характеристики частичек рушанки современных сортов подсолнечника для оптимизации режимов работы семенович-ного оборудования [1].

Объектами исследования были 5 фракций лузги и 3 фракции ядра следующих характеристик: сход с сита/проход через сито 0, мм: лузга: 1-я - 7/8, 2-я - 6/7, 3-я - 5/6,4-я - 4/5, 5-я - 3/4; ядровые фракции: 1-я - 5/6, 2-я - 4/5, 3-я - 3/4.

Из каждой фракции лузги и ядра подряд отбирали по 50 штук частиц для определения их скорости витания Ув на стендовой установке по отработанной методике [2]. Относительная ошибка среднего измерения Ув для частиц лузги не превышала ± 6,9%, а для ядровых фракций ± 9,7%.

Результаты экспериментальных данных в виде полигонов распределения Ув частиц представлены на рисунке. Полигоны распределения Ув частиц лузги образуют две группы в интервале значений 1,8-4,5 м/с (рисунок, а). При этом полигон распределения Ув 5-й фракции почти полностью перекрывает полигон распределения 4-й фракции в интервале скоростей витания 1,8-3,0 м/с. Полигоны распределения Ув 1, 2 и 3-й фракции сгруппированы в интервале 2,5-4,5 м/с. Такие особенности необходимо учитывать при отработке ре-

VB, м/с

VB, м/с