Понедельник, 05.12.2016, 07:25
Высшее образование
Приветствую Вас Гость | RSS
Поиск по сайту


Главная » Статьи » Техника. Технические науки

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СТАТИЧЕСКОГО РЕЗАНИЯ ПЛОДОВ ЯБЛОК

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СТАТИЧЕСКОГО РЕЗАНИЯ ПЛОДОВ ЯБЛОК

Н.М.Антонов, Н.И.Лебедь
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.
 
Диаграмма резания плода яблока второго товарного сорта, подверженного функциональному расстройству увядания

Рисунок 1 - Диаграмма резания плода яблока второго товарного сорта, подверженного функциональному расстройству увядания
 

Диаграммы резания плодов яблок высшего и первого товарного сорта одним ножом: а - рубящее резание, б - скользящее резание        
Рисунок 2 - Диаграммы резания плодов яблок высшего и первого товарного сорта одним ножом: а - рубящее резание, б - скользящее резание

 

Диаграммы резания плодов яблок высшего и первого товарного сорта десятью ножами, расположенными в одной горизонтальной плоскости

Рисунок 3 – Диаграммы резания плодов яблок высшего и первого товарного сорта десятью ножами, расположенными в одной горизонтальной плоскости: а – рубящее резание, б – скользящее резание

 

 Диаграммы резания плодов яблок высшего и первого товарного сорта десятью ножами, зигзагообразно расположенными со сдвигом по вертикали относительно друг друга
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 Лрез в этом случае является единственной, т.е. Лрез = 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 hг и высотой Ррез и площади прямоугольника со сторонами h2 и Ррез (1). В этом случае коэффициент полезной работы лезвия! всегда равен 1.

   (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 Ррез (2).
  (2)
При рубящем резании нож проходит путь hфак, тогда как при скользящем резании этого же тела он пройдет путь (3):

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: hcx, представляющую собой величину линейного сжатия слоев первоначальной толщины h, и h — hcx, представляющую собой толщину уплотненного лезвием слоя в момент начала резания. Работу предварительного сжатия слоя можно выразить зависимостью (4)
  (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 hcж и высотой Ркр. Таким образом (5),
   (5)
Сравнивая выражения (4) и (5), можно определить значение критической сжимающей силы, при которой начинается резание:
  (6)
и значение модуля сжатия материала лезвием
   (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 ^ж представляет собой тангенс угла наклона гипотенузы треугольника диаграммы сжатия:
  (8)
Величину г/ 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:
  (9)
Работу Арез с несущественной погрешностью можно определить из диаграммы резания (рис. 1) как площадь прямоугольника с основанием h - hсж и высотой Ррез, представляющей собой среднее усилие на участке резания:
  (10)
Подставляя значения Асж из формулы (5) и Арез из формулы (10) в выражение (9), получим
  (11)
Так как при резании материала всегда имеет место некоторое предварительное сжатие его лезвием, то коэффициент Я - 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)
 (12)
с увеличением Я уменьшается.

При этом для определения величины работы предварительного сжатия и работы резания в любой промежуток времени для всех вариантов резания, используем выражения
(13), (14), (15), (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.
  (17)
Однако, при резании плода яблока десятью ножами F будет складываться из десяти разрезов различной площади Fx каждая, т. е.
   (18)
В таблице приведены экспериментальные данные по статическому резанию плодов яблок [1].

Таблица - Экспериментальные данные по статическому резанию плодов яблок
Экспериментальные данные по статическому резанию плодов яблок

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 №129845,    B02C18/02    / Н.М. Антонов, Ю.В. Искуснов, Н.И. Лебедь (Россия). - № 2013108423/13; заявл. 26.02.2013; опубл. 10.07.13.
3.Резник, Н.Е. Теория резания лезвием и основы расчета режущих аппаратов [Текст]/H. Е. Резник. - М.: «Машиностроение», 1975. - 311 с.

Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование № 2 (34), 2014

Категория: Техника. Технические науки | Добавил: x5443 (02.02.2016)
Просмотров: 128 | Теги: режущий аппарат | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
...




Copyright MyCorp © 2016