CC BY
16
УДК 637.2 + 631.242.34
К МЕТОДИКЕ РАСЧЕТА ЭНЕРГОЕМКОСТИ СБИВАНИЯ СЛИВОЧНОГО МАСЛА МАСЛОИЗГОТОВИТЕЛЕМ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
Ю. В. Полывяный, канд. техн. наук, доцент; В. С. Парфенов, канд. техн. наук, профессор;
В. А. Чугунов, канд. техн. наук, доцент
ФГБОУ ВО Пензенская ГСХА, Россия, e-mail: mr. polyvyanyy@mail. ru
Рассматривается конструкция маслоизготовителя периодического действия для изготовления сливочного масла.
Предлагаемый маслоизготовитель можно использовать в поточных технологических линиях предприятий по выработке сливочного масла, а также в автономном варианте для условий производства масла в хозяйствах с небольшой программой производства.
Разработана методика определения мощности, затрачиваемой на сбивание, мощности привода, производительности сбивания, энергоемкости сбивания маслоизготовителя периодического действия с роторно-лопастным рабочим органом.
Ключевые слова: маслоизготовитель периодического действия, роторно-лопастной рабочий орган, мощность, энергоемкость сбивания.
Введение.
На современном этапе производства сливочного масла актуальным для маслодельной отрасли остается вопрос сохранения традиционных технологий, позволяющих выпускать разнообразные виды масла из коровьего молока, а также применения инновационных технологий, способствующих интенсификации процесса сбивания.
Важным фактором для получения качественного продукта является использование современного маслодельного оборудования, позволяющего при минимальной энергоемкости сбивания получить максимальное количество готового продукта.
Результаты исследований.
3 ^56
Рис. 1. Экспериментальный маслоизготовитель периодического действия: 1 - емкость маслоизготовителя; 2 - опоры; 3 - шланг нагнетательный; 4 - люк загрузочный; 5 - роторно-лопастной
рабочий орган; 6 - зажим Для изготовления сливочного масла предлагается маслоизготовитель периоди-
ческого действия [1...9], общий вид которого представлен на рис. 1. Маслоизготовитель состоит из цилиндрической горизонтально расположенной емкости 1, закрепленной на опорах 2, и роторно-лопастного рабочего органа 5, расположенного с эксцентриситетом относительно оси емкости.
Поперечное сечение роторно-лопаст-ного рабочего органа (рис. 2) [1, 2] представляет собой замкнутый синусоидальный профиль.
Рис. 2. Конструкция роторно-лопастного
рабочего органа с тремя лопастями
Привод установки [1] (рис. 3) маслоизготовителя периодического действия осуществляется от электродвигателя 9.
Частота вращения роторно-лопастного рабочего органа регулируется с помощью преобразователя частоты 11. В емкости установлен загрузочный люк 7, выполненный из оргстекла с целью контроля процесса сбивания, а также подачи сливок перед сбиванием. Загрузочный люк прижимается к емкости зажимами 8. Компрессор предназначен для подачи воздуха во время сбивания с целью интенсификации процесса.
Сбивание масла в маслоизготовителе неизбежно ведет к затратам мощности [1, 16, 17]. Рассмотрим вращение роторно-
Рис. 3. Установка маслоизготовителя периодического действия (вид сверху): 1 - ноутбук; 2 - мyльmuмempMAS - 345; 3 - емкость маслоизготовителя; 4 - опоры; 5 - роторно-лопастной рабочий орган; 6 - выключатель; 7 - люк загрузочный; 8 - зажим; 9 - электродвигатель; 10 - муфта; 11 - преобразователь частоты; 12 - компрессор Sumake; 13, 14 - манометр; 15 - регулятор давления; 16 - шланг нагнетательный; 17 - рама
лопастного рабочего органа относительно
сечения О — Oí. На основании теории обтекания жидкостью тел [10... 15] применим к вращающемуся волнообразному ротору уравнение Ньютона - Кармана. Отметим часть профиля роторно-лопастного рабочего органа (рис. 4) как Sx = b dx sin на
интервале х, удаленном от оси вращения. Этот элемент осуществляет движение со скоростью, равной U x .
Давление на элемент поверхности можно определить по выражению [10...15]
dP с bdx 2 x2 sin , (1)
где P - давление на поверхность роторно-лопастного рабочего органа, Па;
b - ширина лопасти роторно-лопаст-ного рабочего органа, м;
х - расстояние элемента поверхности от оси вращения, м;
с - коэффициент сопротивления; р - плотность сливок, кг/м3; q - угол наклона лопасти роторно-лопастного рабочего органа к плоскости вращения, рад.
Проинтегрировав выражение (1) по пределам 11 и 12, получим выражение для
определения давления на волну [10.15]:
dP с b
Sin
X'
dx.
(2)
¡г
Проинтегрировав выражение (2), получим
P с
2 ¡2 2 b-
¡3
3
sin
(3)
Рассмотрим случай, при котором 1=0 (рис. 4 б):
р1 с
3
b/2 sin
(4)
При этом точка А приложения силы Р расположена на расстоянии хА:
x„.
Sx dp P
с
P
— 2 b x3 dx,
где бр - диаметр ротора, м.
Подставим в выражение (5) значение силы Р и проинтегрируем его:
3 ¡2_ ¡1 4 ¡23
x„
(6)
При 11 = 0
x„
- ¡2
Нива Поволжья № 4 (41) ноябрь 2016 109
2
2
2
4
У О, X (¡X
■
<3
Ли
У 0, X,
А \
XIV
о
Рис. 4. Схема к определению мощности маслоизготовителя: а) часть роторно-лопастного рабочего органа, смещенная относительно оси вращения на величину 11; б) часть роторно-лопастного рабочего органа, проходящая через ось вращения
Определим мощность, потребляемую маслоизготовителем в результате вращения роторно-лопастного рабочего органа, по выражению
N Р иА , где иА - окружная скорость, м/с,
иЙ
3
ХА Т А 4
14 Г _2_
13 13
2 П
(7)
(8)
Учитывая поправочный коэффициент, равный 1,5, а также коэффициент мощности ¿и выражения (7) и (8), получим
N
1,5 г с
ЬН4
64
, Вт,
(9)
где коэффициент мощности;
г - количество лопастей роторно-лопастного рабочего органа;
с - коэффициент сопротивления ро-торно-лопастного рабочего органа, с = 0,61;
р - плотность сливок, кг / м ; ш - угловая скорость роторно-лопаст-ного рабочего органа, с-1;
Ь - ширина лопасти роторно-лопастно-го рабочего органа, м;
Й - диаметр роторно-лопастного рабочего органа, м.
Примем коэффициент сопротивления с=0,61 [12] в зависимости от типа обрабатываемого продукта (сливок), коэффициент мощности ¿¡=64 [12].
Мощность, потребляемая маслоизготовителем в результате вращения роторно-лопастного рабочего органа, с учетом выражения (9) составит:
N = 1,5 •г • с • р • ш3 • Ь • сНр 4. (10)
Мощность, затрачиваемая маслоизготовителем на холостом ходу, определяется по выражению
^Х=0,15-М (11)
Мощность привода определим по выражению
(12)
Тогда мощность привода с учетом выражений (11) и (12) составит
N„2 = N + ^
wnp =1,15N, (13)
где N - мощность, потребляемая маслоиз-готовителем, Вт;
Nxx- мощность, затрачиваемая масло-изготовителем на холостом ходу, Вт.
Производительность сбивания определим по выражению
Q = m/t, (14)
где m - масса полученного масла за цикл, кг; t - время цикла, ч. Энергоемкость сбивания Е = /Q, (15)
где Nnp - мощность привода, Вт;
Q - производительность сбивания, кг/ч.
Выводы.
Предлагаемый маслоизготовитель можно использовать в поточных технологических линиях предприятий по выработке сливочного масла, а также в автономном варианте для условий производства масла в хозяйствах с небольшой программой производства. Разработанная методика позволяет определить мощность, затрачиваемую на сбивание (10), мощность привода (13), производительность сбивания (14), энергоемкость сбивания маслоизготовителя периодического действия с роторно-лопастным рабочим органом (15).
Литература
1. Парфенов, В. С. Маслоизготовитель для хозяйств с небольшим объемом производства / В. С. Парфенов, А. В. Яшин, Ю. В. Полывяный // Техника в сельском хозяйстве. - 2013. - № 6. - С. 30-31.
2. Парфенов, В. С. Маслоизготовитель периодического действия / В. С. Парфенов, А. В. Яшин, Ю. В. Полывяный // Нива Поволжья. - 2014. - № 1 (30). - С. 88-91.
3. Парфенов, В. С. Обоснование конструктивных параметров волнообразного ротора маслоизготовителя периодического действия / В. С. Парфенов, А. В. Яшин, Ю. В. Полывяный // Нива Поволжья. - 2014. - № 4 (33). - С. 95-102.
4. Парфенов, В. С. Устройство для изготовления сливочного масла / В. С. Парфенов,
A. В. Яшин, Ю. В. Полывяный // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. технол. ун-та, 2014. - № 6(22). - С. 177-180.
5. Пат. 2491813 РФ, МПК А 01Л5Ю0. Маслоизготовитель периодического действия /
B. С. Парфенов, А. В. Яшин, Ю. В. Полывяный, В. Н. Стригин. - № 2012129083/10; заявлено 10.07.2012; опубл. 10.09.2013, Бюл. № 25.
6. Парфенов, В. С. Экспериментальный маслоизготовитель периодического действия / В. С. Парфенов, А. В. Яшин, Ю. В. Полывяный // Бъдещите изследвания: материали за 10-а международна научна практична конференция. Том 40. Сельско стопанство. - София: «Бял ГРАД-БГ» ООД, 2014. - С. 10-12.
7. Полывяный, Ю. В. Маслоизготовитель периодического действия / Ю. В. Полывяный, В. С. Парфенов, А. В. Яшин // Восьмой Саратовский салон изобретений, инноваций и инвестиций. - Саратов, 2013 - С. 136.
8. Полывяный, Ю. В. Маслоизготовитель для проведения лабораторных исследований / Ю. В. Полывяный, А. В. Яшин // Научные исследования молодых ученых - сельскому хозяйству России: тр. Всерос. совета молодых ученых и специалистов аграрных образовательных и научных учреждений. - М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2014. - С. 30-32.
9. Инновационное предложение производства сливочного масла для малых сельскохозяйственных товаропроизводителей / В. С. Парфенов, А. В. Яшин, В. Н. Стригин, Ю. В. Полывяный // Актуальные проблемы агроинженерии и их инновационные решения: сборник научных трудов по материалам междунар. науч.-практич. конф., посвященной юбилею спец. кафедр инженер. факта (60 лет каф. «Эксплуатация машинно-тракторного парка», «Технология металлов и ремонт машин», «Сельскохозяйственные, дорожные и специальные машины», 50 лет кафедре «Механизация животноводства»). - Рязань: РГАТУ, 2013. - С. 223-228.
10. Белевич, М. Ю. Гидромеханика. Основы классической теории / М. Ю. Белевич. - М.: Издательство «Дрофа», 2008. - 224 с.
11. Гидравлика, гидромашины и гидропневмопривод / Т. В. Артемьева, Т. М. Лысенко, А. Н. Румянцева, С. П. Стесин; под ред. С. П. Стесина. - 3-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 336 с.
12. Гидравлика в машиностроении: учебник: В 2 ч. / А. Г. Схиртладзе, В. И. Иванов, В. Н. Ка-реев и др. - Старый Оскол: ТНТ, 2008. - Ч. 1. - 392 с.
13. Гидравлика в машиностроении: учебник: В 2 ч. / А. Г. Схиртладзе, В. И. Иванов,
B. Н. Кареев и др. - Старый Оскол: ТНТ, 2008. - Ч. 2. - 496 с.
14. Чупин, А. В. Автоматизация пищевых производств: лабораторный практикум / А. В. Чупин,
C. Г. Пачкин. - Кемерово, 2008. - 145 с.
15. Шейпак, А. А. Гидравлика и гидропневмопривод. Часть 2. Гидравлические машины и гидропневмопривод / А. А. Шейпак. - М.: Издательство МГИУ, 2003. - 309 с.
16. Парфенов, В. С Результаты экспериментальных исследований маслоизготовителя периодического действия / В. С. Парфенов, В. В. Коновалов, В. П. Терюшков // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2003. - № 12. - С. 14-15.
Нива Поволжья № 4 (41) ноябрь 2016 111
17. Парфенов, В. С Маслоизготовитель периодического действия / В. С. Парфенов, В. В. Коновалов, В. П. Терюшков // Сельский механизатор. - 2003. - № 8. - С. 31.
UDK 637.2 + 631.242.34
TO THE METHOD OF CALCULATION OF POWER CONSUMPTION OF CHURNING BUTTER WITH BUTTERCHURN OF PERIODIC ACTION
Yu. V. Polyvyany, candidate of technical sciences, associate professor;
V. S. Parfyonov, candidate of technical sciences, professor; V. A. Chugunov, candidate of technical sciences, associate professor
FSBEE HE Penza SAA, Russia, t. (8-8412) 62-85-17, e-mail: e-mail: mr. [email protected]
The article deals with the design of a butterchurn of periodic action for production of butter.
The offered butterchurn can be used in production technological lines on the enterprises butter production, and also in autonomous option for butter production in farms with small program of production.
The authors developed methods to determine the capacity consumed on churning, capacities of the drive, churning productivity, power consumption of churning by churn of periodic action with rotor and bladed working body.
Keywords: butterchurn of periodic action, rotor and bladed working body, capacity, power consumption of churning.
References:
1. Parfyonov, V. S. Butter churn for farms with small production volume / V. S. Parfyonov, A. V. Yashin, Yu. V. Polyvyany // Technika v selskom khozyaistve. - No. 6 (2013). - P. 30-31.
2. Parfyonov, V. S Butter churn of periodic action / V. S. Parfyonov, A. V. Yashin, Yu. V. Polyvyany // Niva Povolzhya. - 2014. - No. 1 (30). - P. 88-91.
3. Parfyonov, V. S Reasoning for design parameters of a wavy rotor of a butter churn of periodic action / V. S. Parfyonov, A. V. Yashin, Yu. V. Polyvyany // Niva of the Volga region. - 2014. - No. 4 (33). -P. 95-102.
4. Parfyonov, V. S Device for production of butter / V. S. Parfyonov, A. V. Yashin, Yu. V. Polyvyany // XXI vek : results of the past and problem of the present plus. - Penza: Publishing house Penz. State technological university, 2014. - No. 6(22). - P. 177-180.
5. Patent 2491813 Russian Federation, MPK A 01J15/00. Butter churn of periodic action / V. S. Parfyonov, A. V. Yashin, Yu. V. Polyvyany, V. N. Strigin. - No. 2012129083/10; applied 10.07.2012; Publ. 10.09.2013, Bulletin No. 25.
6. Parfyonov, V. S. Experimental butter churn of periodic action / V. S. Parfyonov, A. V. Yashin, Yu. V. Polyvyany // Bjdeshchite of an izsledvaniye: material for a 10-it is internationally scientific the conference is practical. Volume 40. Selsko stopanstvo. - Sofia «Byal GRAD-BG» of OOD, 2014. - P. 10-12.
7. Polyvyany, Yu. V. Butter churn of periodic action / Yu. V. Polyvyany, V. S. Parfyonov, A. V. Yashin // Eighth Saratov salon of inventions, innovations and investments. - Saratov, 2013 - 136 p.
8. Polyvyany, Yu. V. Butter churn for carrying out laboratory researches / Yu. V. Polyvyany, A. V. Yashin // Scientific research of young scientists - to agricultural industry of Russia: Proceedings of All-Russian senate of young scientists and specialists of agrarian educational and scientific institutions. -M.: FSBEE Rosinformagrotekh, 2014. - P. 30-32.
9. The innovative offer of production of butter for small agricultural producers / V. S. Parfyonov, A. V. Yashin, V. N. Strigin, Yu. V. Polyvyany // Urgent problems of agro-engineering and their innovative solutions: the collection of scientific works on materials of international scientific-practical conference devoted to anniversary of special departments of the engineering faculty (60 years dep. «Operation of the machine and tractor park», «Technology of metals and repair of machines», «Farm, road and special vehicles», 50 years to Mechanization of Livestock Production department). - Ryazan: RSATU, 2013. -P. 223-228.
10. Belevich, M. Yu. Hydro-mechanics. Bases of the classical theory / M. Yu. Belevich. - "Drofa". 2008. - 224 p.
11. Artemyeva, T. V. Hydraulics, hydromachines and hydropneumatic actuator / T. V. Artemyeva, T. M. Lysenko, A. N. Rumyantseva, S. P. Stesina; under the editorship of S. P. Stesina. - 3rd edition -M.: Publishing center, Academy», 2007. - 336 p.
12. Hydraulics in mechanical engineering: textbook: in 2 parts / A. G. Skhirtladze, V. I. Ivanov, V. N. Kareev, etc. - Stary Oskol: TNT, 2008. - P.1. - 392 pages.
13. Skhirtladze, A. G. Gidravlik in mechanical engineering: textbook: in 2 h / A. G. Skhirtladze, V. I. Ivanov, V. N. Kareyev, et al. - Stary Oskol: TNT, 2008. - Part 2. - 496 p.
14. Chupin, A. V. Automation of food productions. Laboratory practical work / A. V. Chupin, S. G. Pachkin. - Kemerovo, 2008. - 145 p.
15. Sheypak, A. A. Hydraulics and hydropneumatic actuator. Part 2. Hydraulic machines and hy-dropneumatic actuator / A. A. Sheypak. - M.: MgIU publishing house, 2003. - 309 p.
16. Parfyonov, V. S Results of pilot studies of butter churn of periodic action / V. S. Parfyonov, V. V. Konovalov, V. P. Teryushkov / Mechanization and electrification of agricultural industry. 2003. No. 12. - P. 14-15.
17. Parfyonov, V. S Butter churn of periodic action / V. S. Parfyonov, V. V. Konovalov, V. P. Teryushkov // Selsky mekhanizator. - 2003. No. 8. - 31 p.
УДК 631.3.072
ДИАГНОСТИКА ФОРСУНОК ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ COMMON RAIL
П. В. Сенин, доктор техн. наук; Д. А. Галин, канд. техн. наук
ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва», г. Саранск, Россия, т. 8(8342) 25 40 72, e-mail: [email protected]
Статья посвящена оценке технического состояния топливной дизельной системы Common Rail (CR) при проведении диагностики коммерческого автотранспорта на станции технического сервиса машин Института механики и энергетики ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н. П. Огарёва».
Двигатель с турбонаддувом и промежуточным охлаждением, работающий на дизельном топливе, имеет высокий КПД и крутящий момент в широком диапазоне оборотов, что обеспечивает автомобилю более «мягкое» движение, экономичность и экологичность.
Отказы современных двигателей обычно являются следствием продолжительного развития дефекта. Своевременная диагностика дизельных двигателей позволяет упростить и удешевить ремонт его узлов и агрегатов, а иногда и избежать его.
Для диагностики современной системы Common Rail требуется относительно сложное оборудование и инструменты, так как система построена на основе общей магистрали, в которой поддерживается одинаково высокое давление.
Одним из основных элементом данной системы является электромагнитная или пьезоэлектрическая форсунка. Чрезмерный износ деталей форсунки приводит к повышенному расходу топлива, дымности, потере мощности и последующему прогару поршней двигателя. Поэтому своевременное определение неисправности форсунок является актуальной задачей.
При замене неисправных форсунок на новые необходимо перепрограммировать электронный блок управления двигателя, введя в него параметры работы новой форсунки. Это обеспечит корректировку длительности и периодичности импульсов на форсунку и подачу требуемого количества топлива.
Ключевые слова: дизельный двигатель, диагностика, датчики, дымность, форсунка, турбокомпрессор, код форсунки, кодирование форсунки, код неисправности, электронный блок управления, система Common Rail, диагностический сканер, рабочие параметры.
Введение. В настоящее время все большую популярность среди коммерческих автомобилей категории M2 (транспортные средства, используемые для перевозки пассажиров, имеющие, помимо места водителя, более восьми мест для сидения, технически допустимая максимальная масса которых не превышает 5 тонн) и N2 (транспортные средства, предназначенные для перевозки грузов, имеющие технически допустимую максимальную массу свыше 3,5 тонн, но не более 12 тонн.) получили автомобили с двигателями, оснащенными дизельной топливной аппаратурой Common Rail (CR) [1-5].
Двигатель с турбонаддувом и промежуточным охлаждением, работающий на минеральном дизельном топливе, имеет в среднем эффективный коэффициент полезного действия до 50 %, высокий крутящий момент в широком диапазоне оборотов, что делает автомобиль более «мягким» в движении, экономичным и экологичным [3, 4].
Основной прорыв дизельного двигате-лестроения связан с запуском в 1997 году в серийное производство компанией Bosch инновационной системы впрыска топлива -системы Common Rail. Показатели двигателя значительно улучшились после того,
Нива Поволжья № 4 (41) ноябрь 2016 113
