CC BY
26
пн к к кг: -
(2)
І НЗЇЇГТ
ГГ? -ГДО-
М
т?ч?нкя Она к путь
і.зрряяє-
:;Г- Ч П КД Г":"М ?‘1ГЯ
(3)
и. л,
(4)
! іыі;
(б)
■J і Д^Л?
(6)
L- Lt* I U
10 ■:+
(8)
_г.р іяет^п 'Кі:-
A Cfi&It
(9)
КГ! ЧОПКИ
;:н ;-::*ніх nji.nti ч * ч -чГй.:1-ныо 111, 12]
і I имеют S 2pcos у.
■ 2pcos у. ■ким об-. микрокодов ра-
) +
2. Этап нормальной работы
F\ = - 2t^(4" - pcosv + pW?) -
— p(S„ —pcos v)(l— sin y) + p2[-®^ — cos 7 ].
3. Этап затупления
$, (т * ~ і' — її : 1^ ї)' I £ T —
p;gos7 . лр2(180—p^sin 7
(Ш
tg Y
-I-
360
(12)
Так как в процессе резания участвуют 2'т микрозубцов, то фактическая площадь контакта равна
F —■ Z7
- Ф~
(13)
Используя выражения (6), (7), (9), (11), (13), можно определить режущую способность ножей, например, для этапа приработки при больших значениях Кс'-
ЛИТЕРАТУРА
1. Резник Н. Е. Теория резания лезвием и основы расчета режущих аппаратов.— М.: Машиностроение, 1975.
2. Хромеенков В. М., Соловьев Н. Н. Анализ микрозубцов лезвийного инструмента//Сб. ЦНИИТЭИ-Легпищемаш: Оборудование для пищевой промышленности, 1978.— № 5.
3. Ч и ж и к о в а Т. В. Машины для измельчения мяса и мясных продуктов.— М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1982.
4. И в а ш к о А. А. Вопросы теории резания органических материалов лезвием: Автореф. дис. канд. техн. наук.— М., 1958.
5. Хромеенков В. М., Соловьев Н. Н., Р е н-з я е в О. П. Оценка заточки ножей для скользящего резания//Хлебопек. и кондит. пром-сть.— 1985.—-№ 12.
6. М и х и н Н. М. Трение в условиях пластического
контакта.— М.: Наука, 1968.
7. Мустафаев В. А., Подольский Ю. Я. Сравнительное исследование трения термопластов в широком диапазоне изменения основных параметров тре-ния/Теория трения и износа.— М.: Наука, 1967.
8. Крагельский И. В. Трение и изно#т~ М.: Ма-
шиностроение, 1968.
9. М у р Д. Трение и смавка э.иетомеров.— М.: Химия, 1977.
10. X р о м е е н к о в В. М. Р е н з я е I! О. П., Б а-
тушкин В. А. Скользящее резанге пищевых ма-
териалов как разновидность износа/Тез. докл. Всес.
Q о =
У^К+|[5
Л'с + tg у
5лр / Sn ■
----1 -cos arcsm ■ р-\
. arcsin ■ 180 Тр
Sn п S„
2р
)]
(14)
Аналогичным образом можно получить фор мулы для определения режущей способности ножей на этапах нормальной работы и в периоде затупления. Расчеты показывают, что наиболее заметно изменение режущей способности при переходе от этапа приработки к нормальной работе.
Преимуществом полученных соотношений для вычисления режущей способности ножей является учет многообразных характеристик микрогеометрии лезвия; отражение трех основных периодов работы режущего инструмента — приработка, установившийся период, затупление; возможность экспериментального, определения при резании в режиме Rz — const.
науч. конф.: Пути совершенствования технологи-
ческих процессов и оборудования для производства, хранения и транспортировки продуктов питания.— М.: 1984.
11. Кацев Г1. Г. Статистические методы исследования режущего инструмента.— М.: Машиностроение, 1974.
12 Цветков О. А. Изменение режущей способности лезвий//Измерительная техника.— 1965.— № 10.
13. У з у н я н М. Д. и др. Теоретический анализ производительности процесса шлифования/Резание и инструмент.— Харьков: Вища школа, 1977.— Вып. 17.
14. Трение, изнашивание и смазка/Под ред. И. В. Кра-гельского и В. В. Алисина.— Кн. 1.— М.: Машиностроение, 1978.
Кафедра технологического оборудования
пищевых предприятий Поступила 09.04.90
621.979.625.001.2
КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ПРЕССУЮЩЕГО МЕХАНИЗМА ГРАНУЛЯТОРА
В. Ю. ПОЛИЩУК
Оренбургский политехнический институт
При создании математической модели процесса механического взаимодействия цилиндрических рабочих органов прессующего механизма гранулятора с прессуемым материалом определяющим является задание критериев этого процесса. Поэтому возникает задача
18 Заказ 052
количественной оценки совершенства прессующего механизма гранулятора. Эта оценка должна включать параметры механического качества вырабатываемых гранул и энергетические параметры процесса.
Ранее [1] было введено понятие коэффи-
циента полезного действия КПД процесса уплотнения материала в прессовом канале. Однако при этом не были рассмотрены энергетические аспекты способа создания давления на прессуемый материал.
В прессующих механизмах грануляторов с цилиндрическими рабочими органами давление на прессуемый материал создается из-за возникновения сил трения о контактные поверхности рабочих органов. Составляющей напряженного состояния прессуемого материала является напряжение всестороннего сжатия, которое передается на гранулу, находящуюся в фильере, вызывая консолидацию материала в ней. Затрачиваемая на создание сил трения о контактные поверхности рабочих органов энергия лишь частично преобразуется в энергию сжатия материала в канале фильеры, а значительная ее часть затрачивается на нагревание прессуемого материала в слое вблизи контактной поверхности.
Поэтому совершенство прессующего механизма предлагается оценивать КПД, который определяется как отношение удельной энергоемкости сжатия прессуемого материала к энергоемкости сил полезного сопротивления в прессующем механизме, создающем это сжатие прессуемого материала.
Работа на прессование одного слоя материала между рабочими органами в цилиндрических фильерах матрицы А может быть представлена выражением
А = ЪР\оЛг + пк^-
о «о —
где
/г
2 — число фильер рабочей поверхности матрицы;
/•" — площадь поперечного сечения гранулы;
гп — приведенная к поперечному сечению И цилиндрической части канала фильеры длина всей фильеры; г\ — радиус внутренней цилиндрической контактной поверхности кольцевой матрицы;
радиальная высота слоя прессуемого материала между рабочими органами прессующего механизма; окружная координата сечения слоя прессуемого материала с высотой /г; Бо, 5а — окружные координаты начала и конца контакта прессующего ролика со слоем прессуемого материала; Ь — ширина слоя прессуемого материала; п — число прессующих роликов;
/г — число оборотов кольцевой матрицы за время перемещения одного слоя прессуемого материала в канале цилиндрической фильеры.
Первое слагаемое формулы (1) учитывает сжатие прессуемого материала в цилиндрической фильере, второе слагаемое учитывает сжатие прессуемого материала в слое между рабочими органами прессующего механизма. Далее будем рассматривать только прессую-
щие механизмы грануляторвв, для которых второе слагаемое выражения (1) пренебрежимо мало.
За время перемещения одного слоя прессуемого материала по каналу фильеры будет выпрессована гранула, имеющая массу т, а из всех фильер матрицы массу 2т, определяемую выражением
2т = Р2/7,, (2)
где р — плотность гранулы.
Удельная энергоемкость, затрачиваемая на выпрессовывание единицы массы гранул будет выражаться зависимостью:
А
(3)
огаг = ^ р
Сюда введено среднее осевое напряжение прессуемого материала в канале фильеры в виде [2] :
= — \ огсіг.
7 Л
(4)
В то же время уже используется для характеристики прессующих механизмов энергоемкость сил полезного сопротивления [3],
определяемая мощностью сил полезного сопротивления Ы, отнесенной к производительности прессующего механизма ф. Методика вычисления N и С} описана [41.
Тогда по определению КПД прессующего механизма можно прдставить в виде:
п = £,! = га
1 N/0. рN/6 к '
Для определения агср выражение (4) можно преобразовать следующим образом. Используя дифференциальное уравнение напряженного состояния прессуемого материала в цилиндрическом канале фильеры [4] с диаметром О, изменим параметр интегрирования йг в выражении (4) на йаг
4г„ ■'
(6)
Учитывая, что касательное напряжение на контактной поверхности может определяться на отрезке от выходного сечения фильеры до поперечного сечения с координатой 2ь по уравнению Кулона, а при г гь пределом текучести сдвига т = тг [4], представим интеграл (6) как сумму интегралов, где выражения подынтегральной функции учитывают эти граничные условия, причем второе слагаемое может быть проинтегрировано в конечном виде. Получим при 2п ^ 2ь
о
42,
г*
уз
І (а.- + сггоехр р а г) . Р<Тг„+1
-ь
у]-
(7)
ННр^’Чгхр р огЬ ' '£хр р аг„/Л '■ '
При х < гь все слагаемые выражения (7), кроме интеграла, обращаются в нуль. Анализ выражения (7) показывает, что при беско-
л,"1
'*1
иг.
Аі:і(
Ї.ІЧС
У
ІШ?І
■І-іЙ
И'.Ч.і]
Г'
Грин
.!■ и;
Ь <-6, 1991
ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, Ж 4—6, 1991
139
К-1ТП 5 - У ГА -
~р
к Ау^ет
I.' ."1 """■
рдеп г*-
(2)
РЛ1ЛЯ ИЙ
у.: ^ух’.ет
(3)
ргтяй Иг I'. И-1Ы. р.1
(4)
\ ь; м -ь .гн::|| >
т
1.1»: -.. 111
I ->ы1к:-
купчего
(5)
! н Ь1.:
с 1*.= ■ .ч н
[:л;:кнс:п!
I "11Н Д1МI -
трич У А
Н Е-ЫТ! ы-
(6)
|;с:нн ;• чп п-:11гтчгп
Г К: Г Ы ДП "К; V Г.-
::ч т»г:и:V-1?Н“?”*1Г п ■^ж рч гя
нТН Гр1-1 Г Чйк О г
спк ?*| | Ц-. ^
(7)
7), кро-Aj-ti.ni;-*
■оеско-
нечном возрастании а2П величина огср возрастает ограниченно. Поэтому неэффективно стремиться к увеличению КПД прессующего механизма за счет повышения сопротивления канала фильеры до величин, близких к критической.
Можно связать определение КПД прессующего механизма с условиями механического качества гранул (твердость, крошимость). Если использовать понятие импульса напряжений прессования гранул 5 [4], то для прессования гранул в цилиндрической фильере при движении гранулы в ней с постоянной скоростью
(8)
С учетом выражения (8) можно преобразовать уравнение (5)
Л =
(9)
_5___1_
р 1п N/(2 '
Таким образом, КПД прессующего механизма является критерием, позволяющим судить одновременно о совершенстве конструкции прессующего механизма и об оптимальности ведения процесса гранулирования.
Рассмотрим применение критерия г| для выбора мощности электродвигателя прессующего механизма.
Предположим, что прессующий механизм соответствует прессу-гранулятору Е8-ДГБ-01 со штатной матрицей, имеющей фильеры диаметром 12,7 мм. Предположим, что прессуемый материал имеет реологические свойства комбикорма по рецепту К 55-29 с относительной влажностью 16% при комнатной температуре [3].
Проведя вычислительный эксперимент по разработанной нами математической модели процесса гранулирования [4], мы определили параметры процесса гранулирования, включая КПД.
В качестве основных критериев, ограничивающих допустимые параметры процесса гранулирования, выбраны нагрузка на рабочие органы прессующего механизма Я и импульс напряжений на прессуемый материал 5. Областью допустимых значений параметров процесса гранулирования считаем те, которые меньше предельного значения нагрузки на
рабочие органы Яд, допустимого по условиям
прочности, т. е.
Я ^ (Ю)
а также те, которые обеспечивают импульс напряжений на гранулу больше предельного по условию максимальной допустимой кро-шимости гранул
Б ^ Бк. (11)
Кроме того, будем учитывать два вспомогательных критерия, ограничивающих допустимые режимы гранулирования. Это предельно допустимый по условию твердости гранул импульс напряжений сжатия причем
5 < 5Г, (12)
а также минимальное значение КПД, установленное на основании анализа существующих конструкций прессующих механизмов, причем
Л 1 (13)
Параметры: — линия со штриховкой; — жирная
линия, N — тонкая сплошная, Зт — пунктирная, цт1„ — ' штрихпунктирная
На рисунке приведен пример характеристики прессующего механизма при значениях приведенных выше параметров: ^=100 кН;
5к— \,\ЪМПа- с\ 5Г= 1,50 МПа-с\ т]т,„ = 0,20.
Если на характеристике провести прямую
= где ($3 — заданная техническими условиями производительность прессующего механизма, то отрезок этой прямой, ограниченный двумя из четырех критериев процесса, определит область допустимых значений КПД для этого прессующего механизма при заданной производительности.
Выберем <5,= 0,5 кг/с. В этом случае критериями, ограничивающими отрезок допустимых значений КПД, будут и т]Выберем
на этом отрезке рабочую точку прессующего механизма (см. рисунок). Вычислим по формуле (5) мощность сил полезного сопротивления при полученной в вычислительном эксперименте величине стгср=11,4 МПа и р = = 1200 кг/м3. Она равна N = 20 кВт.
Если <33= 1 кг/с, отрезок допустимых значений КПД ограничивают критерии Яд и 5*. Выбрав рабочую точку (см. рисунок), определим в ней N = 38 кВт. Очевидно, что дальнейшее увеличение и N приведет к нарушению условия (10). Рабочая точка предварительно должна выбираться вблизи середины отрезка <33, чтобы повысить вероятность попадания на отрезок допустимых значений КПД рабочей точки ближайшего по мощности электродвигателя. Если этому условию будут соответствовать несколько электродвигателей, предпочтение следует отдать двигателю с меньшей мощностью, обеспечивающему больший КПД.
ВЫВОД
Предложенный способ определения КПД прессующего механизма гранулятора может быть эффективно использован при проектировании прессов-грануляторов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бородянский В. П. Разработка и исследование прессов для уплотнения сыпучих материалов пищевых производств. Автореф. дис. ... докт. техн. наук. Краснодар:, КПИ, 1985.— 56 с.
2. П о л и щ у/к В. Ю. Выбор угловой скорости коль-\ цевой матрицы пресса-гранулятора//Механизация п
электрификация сельского хозяйства, 1986.— N° 10 —
■■ С. 52.
•3. Полищук В. Ю. Предварительный выбор мощ-
ности электродвигателя гранулятора кормов с кольцевой матрицей//Тракторы и сельхозмашины, 1985.— № 11,— С. 39.
.4. Полищук В. Ю. Основы теории взаимодействия
прессующего механизма гранулятора с комбикормом.— В кн.: Технологическое оборудование пред-
приятий по хранению и переработке зерна/Под ред. А. Я. Соколова.— М.: Колос, 1984.— С. 356.
Кафедра машин и аппаратов
пищевых производств Поступила 05.02.90
664.951.002.612
ВЛИЯНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РЫБНЫХ ФАРШЕЙ НА РЕЖИМЫ ИХ ДВИЖЕНИЯ ПО ТРУБОПРОВОДАМ
' , , В. В. КОГАН, В. Г. ПРОСЕЛКОВ
Астраханский технологический институт рыбной промышленности и хозяйства Научно-производственное объединение «Спектр», г. Москва
Комплексная механизация процессов производства продукции на основе рыбного фарша предусматривает осуществление его межопера-ционной транспортировки. К прогрессивным способам такой транспортировки относится использование цилиндрических трубопроводов.
Для расчета и конструирования трубопроводного транспорта необходимо располагать научно обоснованными исходными данными по распределению давления фарша по длине трубопровода при различных скоростях движения и реологических характеристиках продукта. Мы исследовали характер и режимы движения пластично-вязких рыбных продуктов (фаршей) по трубопроводам. Использовали производственные фарши для выработки тефтелей из частиковых рыб: сома, щуки, сазана.
Фарш готовили следующим образом. Рыбу дефростировали при 287—290 К и разделывали на обесшкуренное филе. Компоненты смеси пропускали через волчок с диаметром отверстий решетки 0,003 м и направляли в фар-шевый смеситель для перемешивания до полной однородности массы.
Динамические и кинематические характеристики при транспортировании тефтельного фарша по цилиндрическим каналам с внутренним диаметром 0,032; 0,050; 0,070 м определяли в зависимости от скорости движения и вида рыбы. Опыты проводили при скоростях движения от 0,05 до 1,0 ж/с. Влажность изменялась от 0,745 до 0,834 кг влаги на кг сухого продукта, жирность — от 0,015 до 0,021 кг жира на кг продукта при 290—297 К-
Для исследований спроектирована и изготовлена экспериментальная установка, состоящая из насоса, трубопровода и датчиков дав-
ления [1]. В качестве побудителя движения использован насос поршневого типа Е 8—ФНА.
Потери давления по длине канала определяли с помощью специально разработанных и изготовленных нами тензометрических датчиков давления, показавших достаточно высокую чувствительность и точность измерения. На разработанный датчик для измерения давления вязкопластичных рыбных фаршей при их течении по трубопроводам получено положительное решение по заявке на изобретение (№ 4702389 от 22.12.89).
Тензометрический датчик давления (рис. 1) состоит из полого поршня с дном полусферической формы 1, опирающегося на ограничитель его хода 2, выполненный в виде диска с центральным коническим отверстием. На верхней поверхности поршня установлен толкатель 3, имеющий с одного конца коническую
Рис. і
