Определение некоторых энергетических параметров статического резания плодов яблок

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОДОВОЛЬСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВ
УДК 631. 361. 83
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СТАТИЧЕСКОГО РЕЗАНИЯ ПЛОДОВ ЯБЛОК
Н. М. Антонов, доктор технических наук, профессор Н. И. Лебедь, кандидат технических наук
Волгоградский государственный аграрный университет
В работе представлены экспериментальные диаграммы статического резания плодов яблок на различных вариантах расположения ножей в режущем аппарате, определены некоторые энергетические параметры резания: критическая сила резания, работа резания, коэффициент полезной работы лезвия и удельное давление на лезвие.
Ключевые слова: резание, измельчение, плоский нож, плоды, режущий аппарат.
Результаты исследования (запись диаграмм резания) приведены на рисунках 1, 2, 3, 4. Диаграмму резания можно разделить на два характерных участка, соответствующих различным стадиям процесса: 1) сжатие материала лезвием до давления, достаточного для проникновения лезвия в структуру материала (предварительное сжатие) — 2) движение лезвия сквозь слой материала (резание). Работа, затрачиваемая на каждую из указанных стадий, характеризуется соответствующей площадью Асж и Арез диаграммы резания. С точки зрения необходимого эффекта полезной следует считать только ту работу, которая затрачивается непосредственно на резание, и неполезной, хотя и неизбежной — работу предварительного сжатия [3].
Резание материала в каждом случае проводилось одним и десятью ножами, расположенными в одной горизонтальной плоскости, а также десятью ножами, зигзагообразно расположенными со сдвигом по вертикали относительно друг друга по высоте в 2 мм. В каждом из вариантов проводились опыты с применением рубящего и скользящего резания (с углом скольжения 30°) при постоянной поступательной скорости пуансона к неподвижному режущему аппарату.
На диаграммах участки работы предварительного сжатия не заштрихованы, участки же работы резания заштрихованы.
Рисунок 1 — Диаграмма резания плода яблока второго товарного сорта, подверженного функциональному расстройству увядания
50¦
Рисунок 2 — Диаграммы резания плодов яблок высшего и первого товарного сорта одним ножом: а — рубящее резание, б — скользящее резание
Рисунок 3 — Диаграммы резания плодов яблок высшего и первого товарного сорта десятью ножами, расположенными в одной горизонтальной плоскости: а — рубящее резание, б — скользящее резание
I сек I сек
п б
Рисунок 4 — Диаграммы резания плодов яблок высшего и первого товарного сорта десятью ножами, зигзагообразно расположенными со сдвигом по вертикали относительно друг друга по высоте в 2 мм: а — рубящее резание, б — скользящее резание
Во всех приведенных опытах применялись яблоки сортов Антоновка и Джонатан среднего размера. В диаграммах резания (рис. 1, 2, 3, 4) ординаты выражают величину предварительного сжатия ножа на материал, на участке резания — величину усилия резания.
На остальных же рисунках (2, 3, 4) приведены диаграммы резания плодов высшего и первого сорта, имеющие характерный набор реологических свойств и традиционную плотную консистенцию.
У плодов яблок высшего и первого товарного сорта для промышленной переработки, не подверженных увяданию, сжатие до начала резания практически отсутствует и им можно пренебречь при дальнейших вычислениях.
Работа Ар ез в этом случае является единственной, т. е. Ар ез = А и может быть определена как общая площадь диаграммы резания, представляющая собой сложную многоугольную фигуру, площадь которой с незначительной погрешностью равна сумме площадей треугольника с основанием и высотой и площади прямоугольника со сторонами и (1). В этом случае коэффициент полезной работы лезвия всегда равен 1.
А = А ре3=^ + Л2хРр ез. (1)
Частным случаем является вариант резания плодов яблок высшего и первого товарного сорта одним ножом, где работа резания также может быть определена как общая площадь диаграммы резания, представляющая собой равнобедренный треугольник с основанием h и высотой Рр е з (2).
А = А рез = (2)
При рубящем резании нож проходит путь hфак, тогда как при скользящем резании этого же тела он пройдет путь (3):
Лск = -, (3)
ск cost'- v '-
где т — угол скольжения.
На оси абсцисс представлено время контакта ножей с материалом (плодом яблока) диаметром 66 мм. Так как поступательная скорость при резании оставалась постоянной, то можно предположить, что время контакта также соответствует в полной мере пройденному пути ножей (66 мм) сквозь перерезаемый материал.
Точка с абсциссы характеризует момент конца сжатия и начала резания слоя. Она делит абсциссу на две части: Исж, представляющую собой величину линейного сжатия слоев первоначальной толщины И, и И — Исж, представляющую собой толщину уплотненного лезвием слоя в момент начала резания. Работу предварительного сжатия слоя можно выразить зависимостью (4)
л сж = Э^, (4)
где Э — модуль сжатия массы лезвием, имеющий размерность работы (по В. П. Горячкину).
Работа Асж может быть определена как площадь первого участка диаграммы резания. С незначительной погрешностью она равна площади треугольника с основанием Исж и высотой Ркр. Таким образом (5),
Л сж 2 ^ сж- (5)
Сравнивая выражения (4) и (5), можно определить значение критической сжимающей силы, при которой начинается резание:
91
Ркр = Т (6)
и значение модуля сжатия материала лезвием
Э = /ф (7)
Согласно данной формуле и рисунку 1 модуль сжатия равен площади треугольника, основанием которого является толщина слоя материала, а высотой — критическая сила сжатия. Выражение (8) позволяет экспериментально определить модуль сжатия материала лезвием.
Отношение критической силы Ркр к величине сжатия Ъсж представляет собой тангенс угла наклона гипотенузы треугольника диаграммы сжатия:
V = t- (8)
псж
Величину V можно назвать коэффициентом сопротивления слоя сжатию лезвием до начала резания.
Отношение полезной работы резания Арез ко всей работе, затрачиваемой при резании, является коэффициентом полезной работы лезвия:
Л = -te-, (9)
А +А '-
п рс: '- ^Ч'- ж
Работу Арез с несущественной погрешностью можно определить из диаграммы резания (рис. 1) как площадь прямоугольника с основанием h — Ъсж и высотой Ррез, представляющей собой среднее усилие на участке резания:
• р е з = Ррез (^ - /сж) — (10)
Подставляя значения Асж из формулы (5) и Арез из формулы (10) в выражение (9), получим
Л = Ркр Ррез (h ~ ^сж)-. (11)
2сж ^рс: (Р- ~ h-сж)
Так как при резании материала всегда имеет место некоторое предварительное сжатие его лезвием, то коэффициент Л — меньше единицы. Увеличение этого коэффициента характеризует улучшение процесса резания, так как суммарная работа А, затрачиваемая на процесс предварительного сжатия и резания, на основании выражения (9)
А
1Рез ~ ~Я
с увеличением уменьшается.
При этом для определения величины работы предварительного сжатия и работы резания в любой промежуток времени для всех вариантов резания, используем выражения
• = С//(РрезМ Ррез)"* Ф (13)
• = С ЧГ (Рр ез) *(Рр ез)* (у) + /?// (Рр ез) *(Рр ез) * (^2) (14)
• сж = Ссж/ЯДр) «(Ркр) d (i=) (15)
• рез = Q & quot-^ И (Ррез) * (Рр ез) * (/ - /ж) — (16)
Также в качестве энергетической оценки процесса резания можно использовать легко сопоставимый для различных условий эксперимента показатель — удельная работа резания Ауд.
Она представляет собой отношение всей работы, А резания к площади F сечения полученных разрезов.
•д = i (17)
• = • сж + •р ез = р (12)
УД р
92
Однако, при резании плода яблока десятью ножами Г будет складываться из десяти разрезов различной площади Гх каждая, т. е.
сум = РХ1 + ^ + - + Fxn. (18)
В таблице приведены экспериментальные данные по статическому резанию плодов яблок [1].
Таблица — Экспериментальные данные по статическому резанию плодов яблок
Показатель Варианты резания
Один нож Десять ножей -одна плоскость Десять ножей, зигзагообразно расположенные со сдвигом по вертикали относительно друг друга по высоте в 2 мм Плод 2 сорта (резание одним ножом)
рубка скольжение рубка скольжение рубка скольжение рубка
Диаметр плода, мм 66 66 66 66 66 66 66
Величина сжатия, мм 0,002 0,001 0,005 0,005 0,004 0,0025 0,006
Усилие критическое в Н 7 5 60 50 35 25 60
Работа Н*м
сжатия 0,007 0,0025 0,15 0,1 25 0,07 0,0312 0,18
резания 1,254 1,2 18,3 17,5 9,3 8,7 4,2
общая 1,261 1,203 18,4 17,63 9,37 8,73 4,38
Коэффициент полезной работы резания 0,994 0,997 0,99 0,992 0,992 0,996 0,958
Модуль сжатия 0,231 0,1875 1,98 1,86 1,155 0,937 1,98
Площадь сечения в см2 34,2 34,2 245 34,2
Удельная работа, Нм/см
общая 0,034 0,035 0,08 0,072 0,0382 0,0356 0,1280
резания 0,037 0,035 0,08 0,071 0,038 0,036 0,123
сжатия 0,001 0,0001 0,001 0,005 0,0003 0,0001 0,0005
Полученные зависимости позволяют с достаточной для практических расчетов точностью определить количественные показатели энергетической эффективности разработанного измельчителя [2].
Библиографический список:
1. Антонов, Н. М. Процессы измельчения плодоовощных продуктов в общественном питании [Текст]: монография / Н. М. Антонов, Н. И. Лебедь. — Волгоград: ФГБОУ ВПО Волгоградский ГАУ, 2014. — 172 с.
2. Измельчитель плодоовощной продукции [Текст]: патент на полезную модель РФ № 129 845, В02С18/02 / Н. М. Антонов, Ю. В. Искуснов, Н. И. Лебедь (Россия). -№ 2 013 108 423/13- заявл. 26. 02. 2013- опубл. 10. 07. 13.
3. Резник, Н. Е. Теория резания лезвием и основы расчета режущих аппаратов [Текст]/ Н. Е. Резник. — М.: «Машиностроение», 1975. — 311 с.
93
E-mail: nik8872@yandex. ru

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой