автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Научное обоснование и практическая реализация процесса селективной дезинтеграции растительного сырья

РУДНЕВ СЕРГЕЙ ДМИТРИЕВИЧ

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА СЕЛЕКТИВНОЙ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

Специальность 05.18.12 - Процессы и аппараты пищевых производств

2 5 НОЯ 2010

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Кемерово 2010

004613575

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности»

Научный консультант

доктор технических наук, профессор Попов Анатолий Михайлович

Официальные оппоненты:

заслуженный деятель науки РФ, академик Россельхозакадемии, доктор технических наук, профессор Панфилов Виктор Александрович

доктор технических наук, профессор Арет Вальдур Аулисович

доктор технических наук, профессор Иванец Галина Евгеньевна

Ведущая организация

ГОУ ВПО «Московский государственный университет прикладной биотехнологии»

Защита диссертации состоится 17 декабря 2010 г. в 930 на заседании диссертационного совета Д212.089.02 при ГОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» по адресу: 650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47, 4-я лекц. ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности». С авторефератом можно ознакомиться на официальном сайте ВАК Минобрнауки РФ (http://vak.ed.gov.ru/announcements/tehn/).

Автореферат разослан 29 октября 2010 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу: 650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47, ГОУ ВПО КемТИПП. Тел/факс 8(384-2) 73-23-27.

Ученый секретарь диссертационного совета д-р техн. наук, доцент

. И. А. Бакин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Дезинтеграция (разделение целого на части) является одним из основных процессов подготовки растительного сырья к приготовлению продуктов питания. Современные подходы к образу пищевого предприятия будущего, сформулированные академиком В. А Панфиловым, предусматривают возможность гибкою реагирования на изменяющийся спрос на рынке продовольственных товаров. Требования к качеству продуктов пищевой промышленности непрерывно возрастают. Постоянно расширяется ассортимент комбинированных продуктов, обогащенных ценными натуральными пищевыми добавками. Важнейшим процессом подготовки растительного сырья к основному производству является селективная дезинтеграция. Селекшвно разрушенное сырье легко разделяется на фракции, содержащие различные морфологические струюуры исходного материала, что позволяет затем целенаправленно использовать их в пищевых, медицинских и фармацевтических целях.

Одной из основных проблем при дезинтеграции растительного сырья является качество сыпучих смесей, получаемых в результате разрушения. Традиционная техника и технология несовершенны. Как правило, многокомпонентное исходное сырье разрушают до требуемой дальнейшей технологией крупности частиц, получая сыпучий материал, содержащий различные по составу и свойствам компоненты, трудноотделимые друг от друга доступными производству способами. Большое разнообразие объектов измельчения привело к тому, что исследователями решались частные задачи селективной дезинтеграции зерна злаковых, масличных культур и пр. Разработка единого научного подхода, а также технологии и аппаратурного оформления селективной дезинтеграции, когда согласованы способы, комбинаторносп. и величина нагружения с физико-механическими свойствами сырья, позволит повысить качество и эффективность процесса Исследованию свойств пищевого сырья, полуфабрикатов и продукции уделяют особое внимание. Следует отметить плодотворную работу научных школ И. А. Рогова, А В. Горбатова, В. A Apera, В. Д Косого, В. В. Илюхина, развивающих методы физико-химической механики, базу которой создал П. А Ребицдер и его соратники. В КемТИППе работу по исследованиям свойств материалов биологического происхождения, в том числе сыпучих, проводят научные школы В. Н. Иванца, J1. А Остроумова, В. М. Позняковского, А. М Попова. Развитие теории селективной дезинтеграции ускорит совершенствование техники и технологии переработки как нативного сырья, так и огходов производства (жмыхов, шротов и пр.) с целью получения целевых продуктов, обогащенных белками, клетчаткой, минеральными веществами, натуральными красителями и т. д., и подготовке к основному производству масличных культур, в том числе условно безкожурных.

Цель работы заключается в создании единого методологического подхода, научном обосновании и практической реализации процесса селекшвной дезинтеграции растительного сырья с учетом строения и свойств перерабатываемого материала.

Задачи исследований:

1. Определить рациональные способы нагружения сыпучих сред для достижения высокой эффективности процесса; на основе анализа строения растительной ткани провести классификацию объектов переработки с позиций селективной дезинтеграции.

2. Разработать математическую модель процесса селекгивного разрушения биком-гонентной сыпучей среды. Аналитически определить время разрушения единичного тела,

функции изменения прирастающих поверхностей компонентов и время протекания селективной дезинтеграции, кинетическую функцию и теоретическую производительность процесса. Обосновать критерии оценки качества процесса селекшвной дезинтеграции.

3. Аналитически исследовать энергию связи в растительных структурах на клеточном и морфологическом уровнях с применением термодинамического метода

4. Экспериментально исследовать поверхностные свойства биополимеров растительной ткани (белков и пекшнов) при различном влагосодержании.

5. Исследовать влияние различных видов физического воздействия (высушивание, замораживание, характер приложения нагрузки) на прочностные свойства некоторых сибирских дикоросов.

6. Провести классификацию оборудования с позиции селективной дезинтеграции; разработать и исследовать измельчители инерционного типа; созд ать и испытать установку селективной дезинтеграции с одновременным пневмосепарированием; осуществить промышленную реализацию проведенных исследований; разработать методику расчета.

Методология и методы исследования. В процессе теоретических и экспериментальных исследований автором изучены и обобщены результаты существующих научных разработок в области техники и технологии дезинтетрации материалов растительного происхождения. Применялся системный подход к изучению и описанию основных значимых факторов, влияющих на исследуемые параметры. С этой целью были использованы элементы теории случайных процессов, термодинамический метод исследований, методы математического и физического моделирования, математической статистики, планирования эксперимента, современные компьютерные технологии. Исследования проводились с применением комплекса лабораторных стеццов, в условиях действующих производств с целью проверки теоретических положений работы и определения рациональных конструктивных параметров и режимов работы измельчителей.

Научная концепция работы. В основу научной концепции положен подход к дезинтеграции растительного сырья как процессу преодоления адгезионной прочности как на микроуровне при поверхностном взаимодействии клеток растительной ткани, так и на уровне взаимодействия морфологических структур растений.

Научная новизна работы:

Разработана математическая модель процесса селективной дезинтеграции на основе стохастического подхода, получено решение уравнений, описывающих состояние системы, в виде зависимостей, содержащих физические величины. Аналитически определены функции изменения поверхностей взаимодействующих в частицах компонентов, время протекания процесса, кинетическая селективная функция, теоретическая производительность. Предложены критерии оценки качества процесса селекшвной дезинтеграции.

На основе термодинамического метода исследований аналитически определена энергия поверхностной связи на уровне межклеточных взаимодействий (с применением понятия о статистическом координационном числе) и между морфологическими структурами (с применением теории Гриффица).

Экспериментально исследованы поверхностные свойства биополимеров с применением метода армирования приповерхностного слоя.

Экспериментально исследованы прочностные свойства связного (корень лопуха, мускатный орех) и несвязного (семена облепихи, кедра сибирского, шиповника) растительного сырья при высушивании, замораживании, различном приложении нагрузок (сжатие, сдвиг, свободный и стесненный удары) и разных скоростях деформирования.

Разработаны математические модели конусного и роликового измельчителей; при моделировании процесса разрушения слоя сыпучего материала в рабочих зонах проведено аналитическое и экспериментальное исследование, выявившее ступенчатость процесса разрушения, который по суш является линейным, а не степенным, как считалось ранее.

Исследовано влияние конструктивных, динамических параметров и скорости воздушных потоков на качество разрушения растительного сырья в установке селективной дезинтеграции с пневмосепарированием непрерывного действия.

Практическая значимость и реализация результатов.

Разработанные математические модели сокращают объем экспериментальной информации, необходимой доя полного расчета основных характеристик процесса селективной дезинтеграции. Применение теории Гриффипа упростит расчеты процесса преодоления прочности адгезии как в нативных объектах разрушения, так и при взаимодействии перерабатываемых материалов и поверхностей рабочих органов.

Проведенные экспериментальные исследования влияния физических воздействий позволяют целенаправленно применять адгезионное разупрочнение растительных структур с целью повышения качества и интенсивности селективной дезинтеграции.

Классификация оборудования выявила перспективность измельчителей инерционного типа для селекгавной дезинтеграции, на основе авторских свидетельств и патентов разработаны конструкции конусного и роликового измельчителей. Конусный виброизмельчитель был внедрен в Казанском НИИХП, Московском заводе полиметашюв, Всесоюзном институте авиационных материалов. Установка селективной дезинтеграции с пневмосепарированием непрерывного действия внедрена в ОАО «Тулунский мясной двор». Инерционный роликовый измельчитель периодического действия внедрен в научно-производственном объединении «Здоровое питание» (г. Кемерово).

Результаты исследований используются в преподавании дисциплины «Физико-механические свойства сырья и продукции» для направления профессиональной подготовки 262600 - Пищевая инженерия, а также в дипломном проектировании на кафедре машин и аппаратов пищевых производств ГОУ ВПО «КемТИПП».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обседались на:

- Всесоюзных научно-технических конференциях: «Теоретические и практические аспекты применения методов инженерной физико-химической механики с целью совершенствования и интенсификации технологических процессов пищевых производств» (Москва, 1990), «Механика сыпучих материалов» (Одесса, 1991); IV Всесоюзной научно-технической конференции «Разработка комбинированных продуктов питания» (Кемерово 1991); Республиканской научно-технической конференции «Разработка и внедрение высокоэффективных ресурсосберегающих технологий, оборудования и новых видов пищевых продуктов в пищевую и перерабатывающую отрасли АПК» (Киев, 1991);

- Международных научно-технических конференциях: «Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности» (Воронеж, 2004), 1-м Международном

форуме (6-й международной конференции) «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 2005), «Перспекшвы производства продуктов питания нового поколения» (Омск, 2005), «Живые системы и биологическая безопасность населения» (Москва, 2005), «Сотрудничество для решения проблем отходов» (Харьков, 2006), «Техника и технология пищевых производств» (Могилёв, 2006), «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте», (Одесса, 2007), «Современные направления теоретических и прикладных исследований», (Одесса, 2007), «Инновационные технологии переработки сельскохозяйственного сырья в обеспечении качества жизни: наука, образование и производство» (Воронеж, 2008); П Международной научно-практической конференции «Технология и продукты здорового питания: материалы» (Саратов, 2008); П Международной научно-практической конференции «Инновационные процессы в АПК» (Москва, 2010);

- Всероссийской научно-технической конференции: «Конкурентоспособность территорий и предприятий во взаимозависимом мире» (Екатеринбург, 2005), Всероссийском конгрессе по торговле и общественному питанию «Технологические и экономические аспекты обеспечения качества продукции и услуг в торговле и общественном питании» (Кемерово, 2003);

публиковались в сборниках научных работ: «Теоретические и практические аспекты применения методов инженерной физико-химической механики с целью совершенствования и интенсификации технологических процессов пищевых производств» (Москва, 2002), «Продукты питания и рациональное использование сырьевых ресурсов» (Кемерово, 2005), «Техника и технология пищевых производств» (Кемерово, 2006), «Совершенствование существующего и разработка нового оборудования для пищевой промышленности» (Кемерово, 2006,2008), сборниках научных трудов МПА (Москва 2006,2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 92 работы, в том числе 2 монографии, 12 статей в изданиях, рекомендованных ВАК, 18 авторских свидетельств на изобретение и патентов.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 263 страницах, состоит из введения, 6 глав, основных результатов и выводов, списка использованных источников (201 наименования) и 5 приложений.

ОСНОВНОЕ СОД ЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определены цель и направления исследований, приведена общая характеристика работы.

В первой главе выполнен анализ способов разрушения сыпучих материалов. Приведены методы оценки качества процесса дезинтеграции. Проанализированы подходы к моделированию кинетики разрушения сыпучих сред. Сформулированы направления совершенствования процесса селекшвной дезинтеграции и преимущества измельчителей инерционного типа Рассмотрена микроструктура и состав растительной ткани, акцентировано внимание на типах химических связей, энергетических характеристиках связи влаги с каркасом растительного сырья. Представлен физический подход к поверхностным контактам клеток. На основе анализа архитектоники растений, разновидностей растительной ткани и особенностей строения анатомических частей растений проведена классификация растительного сырья с позиции селекшвной дезинтеграции.

Во второй главе проанализированы сложившиеся в теории дезинтеграции представления о селективности процесса, обосновано, что применительно к растительному сырью

необходимо понимать селективность как разрушение частиц по границам взаимодействия различных морфологических структур в них. Проведено моделирование объектов селективной дезинтеграции растительного происхождения, которые чаще всего представляют собой бикомпоненшые тела, состоящие из разнопрочных структурных компонентов, поверхностно связанных или несвязанных друг с другом. Если морфологические структуры не имеют поверхностной связи между собой, то идеальным протеканием процесса является разрушение внешнего компонента (оболочки) при сохранении целостности другого (ядра). В другом случае анатомические части компонентов находятся в связном состоянии. Связь компонентов, как правило, слабее их прочности. Разрушение происходит по границам поверхностного взаимодействия различных морфологических структур.

Проведено моделирование разрушения единичных бикомпонентных тел на основе теории случайных процессов. Разрушение бикомпонентных тел представлено как Марковский процесс с дискретным шагом изменения во времени наблюдаемых в процессе величин. Для единичною бикомпоненшого тела получено аналитическое выражение среднего времени от начала нагружения до достижения критических напряжений, возникновения трещины и образования новой поверхности:

/=1/Я,2 («7,0+1/^23 (1)

где Л 2_ интенсивность перехода тела в критическое состояние, соответствующее времени достижения предельных напряжений С, равное времени ( приложения критической нагрузки; ¿2з - интенсивность перехода, являющаяся функцией интенсивности напряжении К по Гриффицу - Оровану и числа циклов нагружения N .

Процесс селективной дезинтеграции сыпучей среды, состоящей из бикомпонентных частиц, представлен совокупностью следующих состояний: С0 - исходное состояние сыпучей среды, состоящей из бикомпонентных частиц; Сйп - промежуточное состояние, когда произошло разрушение некоторого количества частиц и отделение компонентов, а П-ъ количество часгац еще не разрушено; С,, С2 - состояния, характеризующие отделенные компоненты, находящиеся в полиморфном полидисперсном сыпучем материале. Каждое из состояний количественно описывается площадью поверхности контакта компонентов. Переход системы из одного состояния в другое осуществляется при внешнем силовом воздействии условно мгновенно с заданными вероятностями. Составлен граф состояний (рис. 1).Через ЛиЛг» Л,1>Л,2 обозначены интенсивности переходов системы из одного состояния в другое; Л0„ - интенсивность перехода в состояние остатка, при разрушении поверхность контакта компонентов уменьшается, переходит в свободную поверхность, то есть Л0п можно считать интенсивностью убывания суммарной поверхности контакта двух структур в исходном бикомто-ненгаом материале.

Система дифференциальных уравнений, описывающих состояние системы в любой момент времени:

Рис. 1. Граф состояний бикомпонентного сыпучего материала при селективном разрушении

р2 (г)=я02р0(/)+я„2р0„(4

с начальными условиями: Р0(о)= 1,Р0„(о) = 0,Р,(о) = 0,Р0(0)= 0. Для рассматриваемой системы состояний выполняется условие нормировки: ^ Р, (0 = 1 в любой момент времени t е [0;+со) При / —> оо система состояний переходит в стационарный режим.

После преобразований, сопоставлений и подстановок получено решение системы:

г= за5+2Л, Р,

+ 2Я^

'6Я,+2(^+4) ;

гдеЯ^ - интенсивность образования новой поверхности по границе взаимодействия морфологических структур; Я, и Хг- интенсивности прирастания поверхности отделённых компонентов с учетом их разрушения.

Решение системы (2) представлено соотношениями:

'о (4)

где -исходнаясуммарная повфхносгь контакта компонентов в бжомпонентаомматериале; 50(1 (0 - функция уменьшения поверхности контакта компонентов во времени; 5,(0 И 52(/)-функции прирастания поверхностей компонентов;, и

• конечные

свободные поверхности компонентов. Согласно условию нормировки:

О), _1 (5)

Постоянное по величине силовое воздействие вызывает разрушение всё меньшего количества частиц в рассматриваемом объеме материала, а прирастающая суммарная поверхность стремится к какому-то постоянному значению. Установлено, что кинетика процесса убывающая и функции и 52(/) имеют экспоненциальный вид:

*<А„(0 = * 131,

¿ДОЬ^-М^). (6)

где /?- эмпирический коэффициент, зависящий от соотношения подводимой к материалу энергии, прочности поверхностного взаимодействия компонентов и работы по их разру-

шению; к0 =— ,к, =——— ,к2 =—-— - коэффициеты нормировки для функций

6 О О0 +6,

5, (г), 52 (г), характеризующие значимость каждой из функций в любой момент времени.

При допущении, что в рабочем объеме измельчителя на всём протяжении процесса количество вещества сохраняется постоянным, применили популяционно-балансовый метод составления уравнений состояния вещества:

М2Р2(0+МоЛ,(0, (7)

где М0 - масса исходной сыпучей среды; М0п - масса частиц, оставшихся не разрушенными после единичного цикла нагружения; Мх и Мг -массы отделенных разрушением друг от друга компонентов исходного сырья.

Получено следующее уравнение материального баланса:

М0(1 - е"** )= Л/,(1 - М2(1 -)+ Моп_)

Обе части уравнения разделены на М0;

= с М± = с М°- = с-* м0 "м0 2,м0

где с, и с2 - долевое содержание компонентов в исходном материале, а /? определяется аналогично параметру в соотношениях (61 Получено:

(1 - е'** )= с, (1 - е-«^)»"«) + с2 (1 - е-Ъ+ьШ) + е-/> ^ _ ) _ Разложение экспоненциальной функции в степенной ряд (взяты два первых члена разложения) позволило получил, преобразованное приближенное выражение времени, необходимого и достаточного для селективной дезинтеграции:

1= + Я,XI ~к2)+ к1с2(Лн + Я2)(1 -

Моделирование процесса, протекающего в термодинамической системе, требует определения функции, описывающей изменение основного параметра в единицу времени. В качестве кинетической функции селективной дезинтеграции принята скорость образования новой поверхности по границам контакта морфологических структур в исходной биком-понентной сыпучей среде, обозначенной в (8) Л3. На основе термодинамического метода исследований сделано предположение о пропорциональности распределения энергии по фракциям. Затраты энергии на образование новой поверхности при разрушении частиц с площадью поверхностного взаимодействия 5 определены выражением:

Ъ0

где 50 - исходная суммарная поверхность контакта компонентов в бикомпоненпюм маге-риале; -текущая уменьшающаяся поверхность контакта; Я(5) -селективная (кинетическая) функция, описывающая прирастание свободной поверхности; преобразованная распределительная функция (/(5) = /(кх2), где ¿-коэффициент формы частиц

—

х - характерный размер); Е (5 ) - функция распределения энергии по частицам, конкретный ввд которой определяется каким-либо из энергетических законов измельчения, Количество энергии, подведенной к материалу:

Кинетическая селективная функция была определена выражением:

(9)

Для процесса селективного разрушения наиболее применим закон Рипингера, согласно которому энергия разрушения пропорциональна вновь образованной поверхности, функция Е (5 )бьша представлена как

'1 1

Н5)=<

5

(10)

где с5 - размерньгй коэффициент пропорциональности, учюьгвающий распределение энергии при разрушении отдельных частиц. Коэффициент с3 для частиц, компоненты которых находятся в поверхностном взаимодействии друг с другом, представлен в следующем виде:

Е-Р (¡+/?/) (.Е-Р)

I"

\тпе

")а в/и''

А С/С/

(П)

где Е - подводимая рабочими органами энергия; В - диссипация энергии в сыпучей среде; то - исходное число частиц в рабочем пространстве; е^- функция уменьшения количества неразрушенных частиц во времени; I - текущее время; /? - численный параметр, определяемый эмпирически; Л7- энергия поверхностного взаимодействия компонентов; II- работа деформации и разрушения отдельных компонентов.

Конечное выражение для селективной кинетической функции:

(12)

Выражение (12) получено для материалов, состоящих из поверхностно связанных бикомпоненгных частиц. Для частиц, имеющих оболочки, а поверхностная связь между компонентами отсутствует, селективная функция определена как

- ¿о) ^

/1_5 --

БпЬп

Коэффициент распределения энергии:

1

тае

Е-Р

К/и"

(1 + 0) (Е-Р) та А^/и

(14)

"0е ^ "*о Л Iй где Л/ - работа деформации и разрушения внешнего компонента; и - энергия упругой деформации внутреннего компонента

и

Проведенное аналитическое исследование позволило получить выражения функций изменения прирастающих поверхностей компонентов (6), времени (8), необходимого и достаточного для селективной дезинтеграции бикомпонентного сыпучего материала, а также селективных кинетических функций (12) и (13).

Следующим этапом моделирования явилась разработка методики оценки качества селективной дезинтеграции. Предложено в качестве идеальной (эталонной) функции использовать нормальный закон распределения Гаусса, который в отличие от логарифмически нормального закона распределения, является симметричным относительно моды (рис. 2) и более соответствующим идеальности.

/0 (•*)- характеристика нормального закона распределения; /, (х) - характеристика распределения недоизмельченного материала; /2(х) - характеристика распределения переизмельченного материала; хн - пиковая фракция

Рис. 2. Характеристики распределения измельченных сыпучих материалов

Согласно предложенной методике интегральный критерий соответствия сыпучего материала требуемому качеству определяется выражением С = 1 —В, где В - площади ус-лонных прямоугольных треугольников, вершины прямых углов которых являются абсциссами верхнего и нижнего предельного отклонения размеров от номинала (хн ±3<т), а гипотенузы - спрямленные участки кривой распределения, не попавшие в заданный диапазон. При полном соответствии качеству С = 1. Дифференциальный критерий определяется соответствием распределительной функции пробы сыпучей среды нормальному закону распределения:

1

К-

(15)

где п - число фракций; '/¡иплотности вероятностей дня нормального закона и реального распределения для У-й фракции.

При идеальном совпадении К=О, при полном несоответствии К= 1. Если величину К выражать в процентах, то она будет характеризовать процентов расхождение реального закона распределения от нормального, соответствующего наилучшему качеству сыпучего материала.

Оценку качества дезинтеграции, кроме предложенных выше критериев, предлагается проводить и по делимости компонентов смеси по фракционному составу (рис. 3). Критерий селективности дезинтеграции А предложено определять выражением:

Д = (ж2-3а2)-(х1 + 3(т1), (16)

гдех; ил'2 - средние размеры пиковых фракций, содержащих разные компоненты;

Зет/ и 3 о2 - половины диапазонов фракций.

При Л > 0 имеем полностью делимую смесь, при А < 0 смесь не может быть полностью разделена по данному признаку, то есть, положительный критерий характеризует высокое качество процесса

а-не полностью делимая смесь; б - полностью делимая смесь; 1,2 — компоненты смеси

Рис. 3. Определение делимости компонентов смеси по кривым плотности распределения

и \/ \ 2

xi+3 •а 1 х

Х2-3-С5

Идеальный процесс селективной дезинтеграции проиллюстрирован графиком (рис. 4). Прирастание концентраций С,ф освобожденных друг от друга селективной дезинтеграцией компонентов в сыпучей смеси и убывание концентрации Соф неразрушенных начальных частиц пропорциональны выражениям (6) для изменения площадей поверхности различных фаз смеси, а также кинетическим функциям изменения площадей поверхности соответствующих компонентов.

Итогом моделирования процесса се-лекпшной дезинтеграции явилось аналитическое определение теоретической производительности процесса Было получено выражение объемной производительности для машины периодического действия при дезинтеграции поверхностно связных материалов:

= гД^ -у^д & Н))

А^+дМ+^+ЛХ!-*,) '

где V- исходный объем материала в рабочей зоне измельчителя.

Зависимость для производительности непрерывного процесса:

Р1ЕЯ0р_

Рис. 4. Структурно - временная трансформация распределительной функции сыпучей среды при селективной дезинтеграции

(17)

So In

-fo-So)

V о У

(18)

где F- плошздь поперечного сечения рабочей зоны; 1 - длина пути продукта в рабочей зоне; р -исходная насыпная плотность продукта

В третьей главе рассматриваются термодинамические аспекты поверхностных взаимодействий в растительной ткани. Проведена аналитическая оценка энергии связи между элементами растительной ткани на межклеточном и морфологическом уровнях. На основе молекулярной природы прочности адгезии предположено, что растительная ткань обладает поверхностью с мозаично размещенными биополимерами с активными внешними некомпенсированными связями, для которых можно определить координационное статистическое число. Модель взаимодействия двух активных поверхностей представлена на

Рис. 5. Модель поверхностного взаимодействия конденсированных тел

рисунке 5. Выражение для удельной поверхностной энергии взаимодействия двух различных веществ имеет ввд:

о",, =

2щг1

(19)

где Г/ и г2 - характерные размеры молекул активных биополимеров; п\ЖП2- координационное статистическое число молекул на поверхности контакта, V] и У2 - средние энергии парного взаимодействия молекул вещества 1 и 2 друг с другом соответственно, и¡2 - средняя энергия взаимодействия поверхностных молекул вещества 2 с поверхностным слоем, образованным N молекулами вещества 1.

Работу адгезии на границе раздела двух конденсированных тел можно выразить через среднюю энергию и¡2 взаимодействия приповерхностных молекул веществ 1 и 2:

и, Дж/мальА и,,(2)

и,

(20)

Получено выражение для средней энергии IIц.

и,.

'1 о

(21)

Рис. 6. Графическая интерпретация энергии поверхностного слоя и расстояния между адгезионно взаимодействующими телами

где У]2 - средняя энергия парного взаимодействия молекулы 1 с молекулой 2, определяемая из химического потенциала взаимодействующих веществ. Проведенные аналитические исследования поверхностного взаимодействия конденсированных тел отражены в графике межмолекулярного Ван-дер-Ваальсового взаимодействия (рис. 6). Энергия поверхностного слоя и¡2 является суммой энергий отталкивания и притяжения, которые по величине равны между собой только на расстоянии го, обеспечивающем термодинамическое равновесие в поверхностном слое. Энергия и!2 - определяющая величина при расчете адгезионной прочности и является по существу работой образования новой поверхности при селективной дезинтеграции.

Следующим этапом стало обоснование применимости теории Гриффица к случаю преодоления адгезионной прочности взаимодействия морфологических структур растительной ткани, представленных конденсированными телами. С физической точки зрения, подход Гриффица к причине образования новой поверхности справедлив и в случае преодоления адгезии. При отрыве двух поверхностей друг от друга возникает краевая трещина, в вершине которой напряжения достигают предельного значения, после чего часть энергии упругой деформации трансформируется в энергию прирастающей поверхности. Рассмотрены две модели преодоления адгезии (рис. 7).

Иотр

1 Р<лр

, 1_4_

ау=а,

X

а б

Рис. 7. Модели преодоления прочности адгезии двухупругих (а), упруго - пластического и упругого (б) тел

На основе теории Гриффица выражены удельные поверхностные энергии взаимодействия двух разнородных тел, приняты во внимание внутренние свойства только одною из них - «отрываемого». Для упругих тел:

8Ж, :

(22)

где О а - прочность адгезии при нормальном отрыве (определяется отношением усилия отрыва на площадь контакта тел); а - длина трещины; £/ - условно-мгновенный модуль упругости.

Если отрываемый материал проявляет пластичность при раскрытии поверхностного слоя, можно внести «пластическую» поправку в условие Гриффица:

_а2Лт А„

<Т*-щ;-т (23)

где Л/? - работа пластической деформации в зоне острия трещины, которая определяется по формуле; площадь поперечного сечения пластически деформирующегося материала.

Конечное выражение для удельной поверхностной энергии взаимодействия упруго - пластического тела с абсолютно упругим (относительно отрываемого) телом:

ст]яа

Л,2 ■

(У^тта Ротр

8 Ж, \ЕхаТ Б

(24)

где 5 - ширина зоны пластического деформирования; в—угол при вершине трещины.

Необходимая и достаточная величина перемещения Ф одного из тел, находящихся в поверхностном взаимодействии, может быть определена из модели Дагдейла - Баренблат-та при образовании новой поверхности в идеально пластичном теле:

Ф:

пи2 а

£сг £сг

(25)

где Кх - а V па - коэффициент интенсивности напряжений для первого типа деформирования по Гриффицу - Оровану (одноосного растяжения); Е - модуль упругости материала; <т„ - предел текучести материала.

В результате проведенных исследований на основе термодинамического метода получены выражения для удельной поверхностной энергии при адгезионном взаимодействии двух тел.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований адгезионных свойств биополимеров растительной ткани (клейковины и пектина), а также прочностных свойств некоторых видов растительного сырья. Выбранное для исследований сырье своим строением соответствует принятым моделям бикомпоненгных тел: семена облепихи, кедра сибирского, плоды шиповника (несвязные); корень лопуха обыкновенного, мускатный орех (связные материалы). Исследования проводили квазистатическим сжатием, стесненным и свободным ударами. Изменяли направление и скорость приложения нагрузки, состояние растительной ткани (высушивание, отволаживание, замораживание). Использовалось исследовательское оборудование промышленного изготовления (Структурометр СТ-1, НПО «Радиус»), стандартизированное оборудование (ГОСТ 1070882 Копры маятниковые. Технические условия), а также стенд оригинальной конструкции для определения работы разрушения свободным ударом. Деформационная модель процесса преодоления адгезии биополимеров растительной ткани приведена на рисунке 8. Приповерхностный слой образна армировался сетчатой хлопчатобумажной тканью. В армирующей ткани создавалось двухмерное напряженное состояние растяжения. Толщина поверхностного стоя составляла ОД - 0,3 мм. Анализ экспериментальных данных (рис. 9) дает возможность сделать вывод, что наиболее эффективной селек- а> е -тивная дезинтеграция будет при обезвоживании растительной ткани, когда поверхностная энергия биополимеров резко падает. Для водно-пекганового комплекса поверхностная энергия значительно снижается также при повышении концентрации влага.

1 - стеклянный диск радиусом г; 2 - армирующая сетка; 3 - образец Рис. 8. Напряженно-деформационное состояние образца при адгезионном отрыве от идеально упругого тела и образовании новой поверхности

50 100 150 200

Влажность и. %

Рис. 9. Зависимости «прочность адгезии - влагосодержание» при различных значениях усилия контакта Ркддля водно-пектинового комплекса (а) и гидратированной клейковины(б)

/ 1

2-"

1,6 V -Ю1, м/с

Такой же эффект снижения энергии межструктурных поверхностных взаимодействий наблюдается при замораживании растительных тканей. Эш факторы могут быть использованы в энергосберегающих технологиях, исключающих сушку как способ консервации растительного сырья.

Несвязные материалы испьпывались на Структурометре СТ-1. Зависимости напряжений сжатия ст и сдвига г до разрушения оболочек от относительной деформации с образцов (ст = /(е) ит-/(г)) при различных скоростях близки к линейному характеру и достоверно аппроксимированы прямыми вида у = ах с величиной среднеквадратичного отклонения Д2 приближающегося к единице. Близкий к линейному вид зависимостей ег = /(«■) и х = /(е) подтверждает наличие упругих деформационных свойств в семенах облепихи, кедра сибирского и сухих плодах шиповника. Предельные напряжения сжатия апр и сдвига тпр (рис. 10) для семян облепихи и кедра сибирского до разрушения оболочек в диапазоне изменения скоростей нагружения от V = 0,17.. .0,83-10"3 м/с возрастают, азаггем незначительно уменьшаются при V = 0,83 ... 1,67-10"3 м/с. Для сухих плодов шиповника предельное напряжение сжатия а пр во всём диапазоне изменения скоростей возрастает от апр = 0,92 МП а до апр = 1,29 МПа, а напряжение сдвига тпр сначала увеличивается, а при скорости V = 0,83-10"3 м/с происходит его уменьшение. Определены зависимости модулей упругости материала (рис. 11) от скорости приложения нагрузки при сдвиге для семян облепихи, семян кедра сибирского и сухих плодов шиповника. Модули упругости при сжатии Е для семян облепихи, семян кедра сибирского и сухих плодов шиповника увеличиваются, а затем стабилизируются с минимальными отклонениями. Модули упругости С при сдвиге для семян облепихи и семян кедра сибирского уменьшаются, а в случае сухих плодов шиповника - увеличиваются. Получены результата расчета удельной работы разрушения материалов растительного происхождения стеснённым ударом на маятниковом копре по методу Шарпи. Значения удельной работы разрушения для семян кедра сибирского составили а = 8,41 кДж/ла

1,6 VI«1, м/с

1 - предельные напряжения сжатия; 2 - предельные напряжения сдвига

Рис. 10. Зависимости предельных напряжений сжатия ащ и сдвига тпр

для семян облепихи (а), семян кедра сибирского (б) и сухих плодов шиповника (в) от скорости нагружения V

для сухих плодов шиповника а = 2,07 кДж/лУстановлены зависимости предельного напряжения разрушения опр ддя семян

кедра сибирского до разрушения оболочек свободным ударом от относительной влажности IV (рис. 12). С увеличением относительной влажности до 12,3 % напряжение разрушения а„р незначительно изменяется, возрастая на 1 % в интервале от 6,38 до 6,42 МПа. При дальнейшем росте относительной влажности с 12,3 до 21,3 % происходит резкое возрастание на 6 % предельного напряжения разрушения. Последующее увеличение относительной влажности до 48,7 % сопровождается линейным ростом предела прочности оболочки семян до апр — 7,61 МПа, что составляет 10 %.

Анализ полученных зависимостей позволяет сделать следующие выводы и рекомендации: а) с увеличением скорости деформирования предельные напряжения разрушения апр и гщ материалов растительного происхождения увеличиваются, достигая экстремума в диапазоне скоростей 0,8 -1Д • 10"3 м/с, а затем снижаются, что объясняется адгезионной природой прочности в растительном сырье, наличием естественных концентраторов напряжений в поверхностных зонах взаимодействий сгрукгур материала как на микро-, так и на макроуровнях; с ростом скорости на-гружстш заметно увеличиваются значения модулей упругости Е первого рода, а значе-

1,6 У-ю'.м/с

Е.С, МП.

-

1.6 V '1 (Л ч/С

Е,С, МПа

8,5 8 ?,5 7 6,5

Г 2

0,4 0,8 и 1,6У10',м/с

в

1 - модуль упругости Е при сжатии;

2 - модуль упругости б при сдвиге

Рис. 11. Зависимости модулей упругости при сжатии Е и сдвиге (7 для семян облепихи (а), семян кедра сибирского (б) и сухих плодов шиповника (в) от скорости погружения V

»11 и?. \VpMO

Рис. 12. Зависимость предельного напряжения разрушения апр оболочек семян кедра сибирского от относительной влажности№

ние модуля упругости второго рода б изменяется незначительно, чю говорит в пользу сдвиговых типов нагрузки на материал при разрушении; в) перед разрушением кедровых орехов свободным ударом целесообразным является их незначительное увлажнение, в пределах 10 %, что уменьшает хрупкость ядер орешков и повышает качество селективной дезинтеграции.

Связное растительное сырье (корень лопуха, мускатный орех) подвергали высушиванию и замораживанию. Исходная (на-

Ьо.». ^^^^

41

Wp 1 1

У=10 мм/мин

40

Влажность %

30 40 Влажность %

а

1,2

* 2 с! о.

§ о

X Ж

8 £ 5 |

5 & 0,4

и

с п

тивная) влажность образцов корня лопуха составила 62 % (рис. 13). Понижение влажности до 56 % привело к снижению прочности до минимальной при сжатии и сдвиге вдоль волокон и повышению прочности до максимальной при сжатии вдоль оси корня при скорости нагружения 100 мм/мин. Очевидно, что такое деформационное поведение растительной ткани связано с исчезновением туршра, внутреннего давления в клетках, что приводит к снижению упругости ткани, а следовательно - понижению внутренней энергии вещества

Увеличение прочности при такой влажности на повышенной скорости деформирования предположительно связано с исчезновением релаксационных процессов, когда напряжения не успевают более равномерно распространиться в объеме образца. Влажность материала, близкую к 44 %, можно назвать первой критической точкой. При этой влажности происходит резкое изменение скорости сушки, практически заканчивается уменьшение размеров образцов (усушка), а на кривых прочности наблюдаются ее увеличение вплоть до экстремумов. Несомненно, что при этой влажности заканчивается удаление физически связанной влага, преимущественно из межклеточных пространств растительной ткани. При квазистатическом сжаши вдоль оси, а также при сдвиге как вдоль, так и поперек волокон прочность образцов достигает максимума Удаление свободной влага приводит к формированию более црочного адгезионного взаимодействия между клеточными структурами растительной ткани. Несмотря на отсутствие активной воды, внутренняя энергия вещества повышает-сялнергия вещества повышается. Исследование влияния температуры на прочностные свойства проводились на мускатном орехе, (рис. 14). В мускатном орехе при понижении температуры липиды переходят в твердообразное состояние, и плоды, приобретая высокую упругость, разрушаются как хрупкие тела Наблюдалось снижение удельной энергии разрушения при снижении температуры образцов.

оз 31

41

ЧУр 1 1

1 У=100 мм/мин

1

\

1 У |0 мм/ми к

1

Влажность W, %

30 40 50 Влажность XV, % б

Рис. 13. Зависимость предельных напряжений разрушения сгпри предельных напряжений сдвига т„р от влажности IV (%) образцов корня лопуха при сжатии и сдвиге вдоль(а) и поперек (б) оси

Увеличение скорости удара также приводило к уменьшению энергии разрушения. Этот факт объясняется тем, что при увеличении скорости приложения нагрузки напряжения в образце не успевают реяаксировать, снижается доля пластических деформаций, разрушение становится более хрупким. Это отчетливо наблюдалось по характеру скола образцов. При высоких скоростях поверхность раскола была близка к плоскости.

Из анализа результатов исследований следует, что интенсификация и повышение качества дезингеграционных процессов растительной ткани возможны при направленном адгезионном разупрочнении между морфологическими структурами, ослаблении межклеточных взаимодействий в растительных объектах переработки. Приведенные в главе экспериментальные данные пригодны для использования в математической модели селективной дезинтеграции в выражениях (1,11,14,20,22 -25).

В пятой главе проведена классификация измельчителей с позиции селективной дезинтеграции. Обосновано, что наиболее перспективными являются измельчители с управляемым инерционным заданием деформации слоя материала в циклическом режиме с коническими или роликовыми рабочими органами, создающими нагрузку «сжатие + сдает» в регулируемых соотношениях. На протяжении ряда лет разрабатывались и исследовались поисковые варианты конструкций измельчителей (авторские свидетельства СССР 1445775, 1470320, 1481987, 1481988, 1694205; патенты РФ 1790448, 2053849, 2113903, 2284220 и другие). В главе представлены базовые конструкции опытно-промышленных образцов конусного виброизмельчителя инерционного типа непрерывного действия и роликового инерционного измельчителя периодического действия и их математические модели, связывающие геометрические и кинематические параметры измельчителя, параметры процесса и свойства материала

Динамическая схема рабочей зоны виброизмельчигеля представлена на рис. 15. Было получено выражение силы воздействия конуса на материал:

N = —-—i meo2 cosy—— тк8гаг , (26)

sin а ^ 8г, J

где N— сила воздействия конуса на материал; т — величина неуравновешенной массы де-баланса; е - эксцешрисигет неуравновешенной массы; со-угловая скорость вращения де-баланса, она же угловая скорость вращения оси подвижного конуса относительно оси неподвижного конуса и мгновенная угловая скорость вращения подвижного конусаупк ~ масса подвижного конуса; а - угол образующей конуса; S - толщина деформированного слоя материала в калибровочной зоне; r¡ - радиус подвижного конуса; у—угол сектора обжатия, в котором материал плотно прижат к поверхностям конусов.

R 5

1 1 V=4m/c; d-Ммм;

2 V=4m/c; d-20mm; 3 V-3м/с; d-Нчм,

4 V-Зм/с; 3=20мм

S - '2

223 243 263 283 3

Температура Т, К

Рис. 14. Зависимость удельной работы разрушения Ауд мускатного ореха от температуры при испытаниях на маятниковом копре с различными скоростями погружения

1 - дебаланс;

2 - подвижный внутренний конус

3 - неподвижный внешний конус;

4 - ппоскопараллелъная опора скольжения

Рис. 15. Динамическая схема конусного виброизмельчителя

Момент трения качения подвижного конуса по слою материала:

мтк = тег, <у2 бш у —

0,67(]Усоза+(тд +г

,(27)

где Мтх — момент трения качения подвижного конуса по слою материала; тд - масса дебаланса; / - коэффициент трения скольжения в плоской опоре подвижного конуса; гп яге- соответственно наружный и внутренний диаметры опорного кольца.

Работа, совершаемая подвижным внутренним органом при деформировании слоя материала и качении по нему, составит:

а I

е= |жд +\мТкау.

(28)

Рис. 16. Изменение состояний сыпучей среды в рабочей зоне

Моделирование разрушения сыпучей среда в рабочем пространстве проводили на основе теории марковских процессов. На рисунке 16 представлена картина изменения состояния сыпучей среды в рабочей зоне виброизмепьчитеш: I - приемная зона, где исходный сыпучий материал разрыхлен и распределяется по кольцевому зазору; П - зона обжатия слоя материала рабочими органами; Ш - зона разрушения монослоя бикомпонентных частиц при регулируемой величине их деформации. Граф состояний сыпучей среды в рабочей зоне виброизмельчигеля составлен с использованием подходов к моделированию, изложенных во второй главе. Теоретическое время пребывания материала, достаточное для селекгавного разрушения бикомпонентного растительного сырья, определяется выражением (8), кинетическая функция процесса- выражениями (11 -14) в зависимости от структуры разрушаемого сырья, теоретическая производительность - выражением (18).

Динамическая модель роликового инерционного измельчителя периодического действия представлена на рисунке 17. В динамическую схему включены: водило 1, рычаг 2, соединяющий водило и ролик 3 посредством шарниров, неподвижная чаша 4, по которой

ролик совершает качение. Все звенья абсолютно жесткие, массой обладает только ролик, совершающий качение по чаше без проскальзывания.

Работа, совершаемая активными силами, действующими со стороны ролика:

с1А = АУх + Мткс1а . (29)

Работа сил, сжимающих слой:

AjV = meco2 ф +sin2 у |/(.г)Л,

(30)

Рис. 17. Динамическая модель роликового инерционного измельчителя

где /(х) - функция изменения величины деформации слоя сыпучей среды за время / е [0;г„].

Согласно представлениям о процессе разрушения сыпучего материала постоянным по величине силовым воздействием, единичная деформация слоя сыпучего материала при каждом проходе ролика по элементарному объему сыпучей среды за время '/ е [0; /„ ] будет изменяться согласно выражению:

+63е>' (31)

где <5, - упругая (обратимая) деформация; , - необратимая деформация, сопровождающаяся образо-

ванием новой поверхности-изменяемый линейный параметр, Ss e[Jsmax;0]. Работа момента трения качения ролика по материалу:

Аи = Na cosía,

Аи =аcos 2сстесогф + s'm2 у Суммарная работа активных сил равна:

А = mem2sjl + sm2y j(Su + Sse~fi¿ ]dS + a■ cos 2a

= meco2 ф +sin2 y\Su(e-e0)-—(e &-e /k°)+a-cos2a

(32)

(33)

Процесс разрушения сыпучих сред в конусном и роликовом измельчителях принципиально одинаков. Он заключается в раздавливании слоя материала катящимся по нему рабочим органом. Отличие состоит в том, что конические рабочие органы своей формой создают условия для сдвига в слое сыпучей среды, тогда как в роликовом измельчителе сдвиг создается специальными торцевыми шайбами, тормозящими вращение роликов.

Для формирования физической картины поведения сыпучей среды, состоящей из упругих частиц, под нагрузкой были проведены дополнительные эксперименты на модельном материале. Испытания проводились при квазистатическом нагружении сжатием с различными скоростями. Высокая точность приборного оснащения позволила выявить новые аспекты в поведении сыпучих сред под нагрузкой. Если ранее считалось, что зависимость напряжений от деформаций носит степенной характер, соответствующий закону Кельвина

ст = , то высокоточное измерительное оборудование позволило установить, что кривая имеет несколько характерных участков. На начальном этапе нагружения все кривые носят нелинейный характер, далее линия нагружения с коэффициентами корреляции 0,9911 - 0,9997 переходит в ломанную линию. Сыпучий материал проявляет линейную упругость. Точки перегиба объясняются тем, что энергия упругой деформации достигает критической величины, что приводит к образованию новой поверхности в сыпучем материале - разрушению некоторого количества часпщ. В исследованном диапазоне модуль упругости возрос примерно в три раза. Следовательно, три постоянной скорости деформации сыпучий материал последовательно достигает промежуточных пределов прочности а„Р1, ступенчатое разрушение приводит к изменению гранулометрического состава, насыпной плотности, порозостности среды, после чего ступенчато возрастает модуль упруго-сти£,..

Рассмотрена модель взаимодействия подвижного рабочего органа инерционной машины и сыпучей среды. Принят упрощенный вариант движения подвижного рабочего органа—чистое качение по слою материала без проскальзывания и создания сдвига в слое. В силу того, что действие конуса или ролика на элементарный объем материала кратковременно, предположено, что в рассматриваемом объеме однократно достигаются предельные напряжения разрушения , а сыпучий материал в начале процесса разрушения,

трансформируясь в пористое сплошное тело, обладает модулем упругости Е таким же, как у единичных тел, его составляющих. В реальном процессе модуль упругости сыпучего материала всегда меньше, чем модули упругости единичных тел, так как больше абсолютное количество дефектов структуры. Рассмотрено состояние сыпучей среды от начала ее деформирования до максимального значения деформации.

Начальная толщина слоя среды составляет , конечная толщина - 8М. Элементарная работа деформации согласно закону Ребиндера:

где (¡У, - деформированный объем при ; -м нагружении; (¡Б, - приращение поверхности при / -м нагружении.

За время /■ = /„, достаточное для селективной дезинтеграции (выражение (8)), полная работа составит:

где т - количество рабочих органов (для конусного измельчителя т = 1); п - число оборотов центрального вала в секунду, tn -время для достижения требуемого результата; вновь образованная сеяекшвным разрушением поверхность (выражения (6)).

Если параметр г„ рассматривать как время селективной дезинтеграции, а уи - как энергию поверхностного адгезионного взаимодействия компонентов в отдельных частицах, то получим работу селективного разрушения в рабочей зоне инерционного измельчителя.

1С 1 1

(34)

А = т

(35)

Приравняв работу, совершаемую активными силами, и выражение (35), получаем модель разрушения сыпучего материала в конусном или роликовом инерционном измельчителе, включающую геометрические, динамические параметры и свойства материала (<г„РЛУи )■

Представленное аналитическое исследование, подкрепленное экспериментами, позволяет распространить известные теории деформации и разрушения единичных твердых тел к дезинтеграции сыпучих сред в слое.

В шестой главе представлены исследования работы установки селективной дезинтеграции, в состав которой включен конусный виброизмельчитель инерционного типа (рис. 18). Установка проектировалась на основе патента РФ 2249484 «Способ измельчения сыпучих материалов в конусном виброизмельчителе». Исходный сыпучий материал через шиберный дозатор 6 поступает в виброизмельчигель I на верхнюю часть подвижного конуса и в рабочую зону - сходящийся зазор между подвижным и неподвижным конусами.

I— виброизмельчитель; II-циклон; III-филътр; IV- воздуходувная машина;

1 -резервуар для сбора тяжелой фракции;2 - привод; 3 - рабочая камера виброизмельчителя; 4 -регулировочный клапан; 5 - камера эвакуации легкой фракции; б - шиберный дозатор; 7 - приёмное устройство; 8 - корпус; 9 - сборник

Рис. 18. Схема установки селективной дезинтеграции с пневмосепарированием

-А- - исходный материал

-Б- • легкая фракция

-В- - полцдисперсная смесь

-Г- - тяжелая фракция -Д. - очищенный воздух

В кольцевом зазоре частицы материала подвергаются вибрационному разрушению под действием циклической нагрузки, создаваемой центробежной силой дебаланса подвижного конуса Величина деформации слоя сыпучего материала определяется еш сопротивляемостью разрушению. Подобрав величину дробящей силы, можно обеспечить такую энергию разрушения слоя, при которой частицы материала, подвергаясь разнонаправленной нагрузке, будут разрушаться преимущественно по границам межкомпонентных связей или дефектам структуры, что приводит к селективному разрушению при минимальном переизмельчении. Сыпучий материал в рабочей зоне разрыхлен, частицы подвижны и постоянно меняют свою ориентацию в пространстве. Подвергаясь импульсному сжатию со сдвигом, частицы сыпучей среды разрушаются и гравитационно выводятся из виброизмельчителя. Возможен также вариант регулируемой пневмоэвакуации продуктов измельчения из рабочей зоны. Например, после измельчения полидисперсная смесь «В» воздушным потоком, создаваемым воздуходувной машиной IV, выводится из виброизмеяьчшеля I в циклон П. При попад ании в циклон смесь полидисперсного сыпучего материала под действием воздушных потоков разделяется на легкую фракцию «Б» и тяжелую фракцию «Г». По-

токи воздуха «Д» выносят легкую фракцию из циклона П в матерчатый фильтр Ш, а тяжелая фракция гравитационно выводится в сборник 9. В нижней части зазора между конусами создается вакуум, в результате чего возникает подсос воздуха в разгрузочную щель измельчителя и встречное движение воздушного потока по отношению к материалу. За счет разностей скоростей витания отделённых друг от друга разрушением компонентов в зоне 3 происходит разделение сыпучей смеси на два потока. На первом этапе тяжелая фракция «Г» более прочного компонента гравитационно против воздушного потока выводится в поддон измельчителя, а затем в емкость для сбора тяжелой фракции 1. Легкая фракция «Б» выводится воздухом в камеру 5 эвакуации измельчителя, разделяется в циклоне П на крупную и пылевидную фракции, последняя осаждается на сетчатом фильтре Ш. Скорость движения воздуха в камере эвакуации регулируется клапаном 4. Управление установкой осуществляется комплексом приборов контроля и управления электроприводом, что позволяет плавно изменять частоту вращения вала электродвигателя установки. Частота вращения вала электродвигателя контролируется тахометром. Скорость воздуха в установке регулируется изменением частоты вращения рабочего органа воздуходувной машины.

Для качественной оценки процесса селективной дезинтеграции ввели критерий раскрытия, критерий переизмельчения и коэффициент уноса Критерий раскрытия кр определяется отношением числа неразрушенных частиц п„ (шт.) к количеству прошедших через рабочую зону частиц пр (шт.): кр=п„/пр. Критерий переизмельчения кпр это отношение числа разрушенных ядер пдр (ист.) к числу целых пч в прошедшем рабочую зону материале: кпр = и^/я,. Коэффициент уноса ку выражается отношением переизмельченной массы оболочки т„р(кг), прошедшей через рабочую зону материала, к общей массе оболочки, тоб, кг, исходного сырья: ку = т^/т^ .

При реализации полного факторного эксперимента трехуровневого плана второго порядка пфэ З2 получены уравнения регрессии, анализ которых позволил определить влияние не только каждого из факторов, но и эффекта взаимодействия на формирование рациональных критериев качества Диапазоны варьирования производительности определялись выражением (17).

В результате обработки результатов экспериментальных исследований процесса селективной дезинтеграции семян облепихи в установке были получены следующие уравнения регрессии: для производительности Q:

б = -515,6677 + 3,2575«, +214,0183у„ + 0,304«Л -0,0122«,2 -36,2936У„2 ; (36)

для критерия раскрытия кр:

кр = 0,2769-0,0066«, + 0,321 Ь„ -0,0025п„ -V, + 0,000037п2 -0,0Ь>2; (37)

д ля критерия перешмельчения к^;

кц, =-0,9148 + 0,0113п„ +0,1196у„ -0,0004иЛ -0,000026и2 -0,01У2.

(38)

Ссютветствующие графики представлены на рисунке 19.

Рис. 19. Зависимость производительности Q (а), критерия раскрытия кр и критерия переизмельчения кпрустановки от скорости воздушного потока и частоты колебаний п„ внутреннего конуса при разрушении семян облепихи

По результатам селективной дезинтеграции семян кедра сибирского в установке получили следующие уравнения регрессии: - для производительности <2:

2 = -757,0378 + 5,2655п, + 38 1,3688у„ + 0,5357- 0,0242п] - 83,1479У;; (39)

-для критерия раскрытия кр:

кр =0,776! -0,0011пК +0,4676г„ -0,0048лгу„ + 0,0001л; -0,0283^; (40)

-для критерия переизмельчения кпр :

кпр = -0,7867 + 0,0111 пк + 0,1273 V, - 0,0006 пку„ - 0,00003 л* - 0,0096 V* (41)

Графики представлены на рисунке 20.

Рис. 20. Зависимость производительности <2 (а) установки, критерия раскрытия кр (б) и критерия переизмельчения к„р (в) от скорости V,, воздушного потока и частоты колебаний п„ внутреннего конуса при разрушении семян кедра сибирского

При сравнении графиков соответствующих поверхностей отклика при селективной дезинтеграции семян облепихи и семян кедра сибирского, наблюдается сходство, что объясняется их похожим строением.

В результате экспериментальных исследований процесса селективной дезинтеграции сухих плодов шиповника в установке были получены следующие уравнения регрессии:

для производительности :

2 = -260,2767 + 6,2806«,. + 530,3992у„ + 3,4723ЯЛ - ОД 1 п2к -401,241У„2; (42)

для коэффициента уноса ку \

ку = -0,0679 + 0,0045ик + 0,0708у„ + 0,0056пКу„ - 0,000\п] - 0,1 543у„2 . (43)

Графики полученных зависимостей представлены на рисунке 21.

Рис. 21. Зависимость производительности Q (а) установки и коэффициента уноса к)(б) от скорости vn воздушного потока и частоты колебаний пк внутреннего конуса при разрушении сухих плодов шиповника

Установлены следующие рациональные диапазоны изменения рабочих параметров: для семян облепихи v„ = 2,3 ... 2,7 м/с ил, = 115 ... 125 с ; для семян кедра сибирского v„ =2 ... 2,3м/си пк = 100... 110с''; для сухих плодов шиповника vn =0,55 ... 0,65.wfcH пк= 25 ... 30 с'.Определены рациональные интервалы варьирования количественного Q и качественных критериев кр, кпр и ку оценки процесса селективной дезинтеграции

сьшучих материалов в заданном диапазоне изменения рабочих параметров v„ и пк в установке: для семян облепихи Q = 80... 120 кг/ч, кр = 0,12 ... 0,18 и ^ = 0,14 ... 0,19; для семян кедра сибирского б =64 ... 108 кг/ч, кр =0,1 ... ОДи кпр =0,14 ... 0,17; для сухих плодов шиповника Q =51... 76кз/чи ку =0,06... 0,07.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОД Ы

1. Установлено, что для разрушения сыпучих сред наилучшим сочетанием нагрузок является сжатие со сдвигом в циклическом режиме. Проведена классификация растительного сырья, из которой следует, что для несвязных материалов необходимыми для расчетов оборудования параметрами являются пределы прочности и модули упругости компонентов, для связных - адгезионная прочность взаимодействия морфологических структур.

2. На основе Марковских процессов разработана математическая модель процесса селективной дезинтеграции сыпучей среды. Получены решения уравнений в виде зависимо-

стей изменения поверхностей взаимодействия компонентов во времени. Аналитически определены время разрушения единичного тела, функции изменения прирастающих поверхностей компонентов и время протекания селективной дезинтеграции; кинетическая функция и теоретическая производительность процесса. На основе анализа распределительных функций предложены критерии и методика оценки качества процесса селективной дезинтеграции.

3. Получены аналитические зависимости для поверхностной энергии на уровне взаимодействия клеток (использовано представление о статистическом координатном числе), а также на уровне взаимодействия морфологических структур на основе теории Гриффица.

4. Установлено, что поверхностная энергия биополимеров (клейковины пшеницы и пектина яблочного) зависит от их влагосодержания, причем зависимости имеют экстремумы; снижение энергии происходит не только при обезвоживании, но и при переувлажнении.

5. Экспериментально установлено, что с увеличением скорости деформирования предельные напряжения разрушения материалов растительного происхождения увеличиваются, достигая экстремума в диапазоне скоростей 0,8 - 1,2*10"3 м/с, а затем снижаются, что объясняется адгезионной природой прочности в растительном сырье, наличием естественных концентраторов напряжений в поверхностных зонах взаимодействий структур материала как на микро-, так и на макроуровнях.

6. Экспериментально установлено, что с ростом скорости нагружения заметно увеличиваются значения модулей упругости первого рода, а модули упругости при сдвиге изменяются незначительно, что под тверждает выбор типа нагрузки (сжатие и сдвиг) на материал при разрушении.

7. Экспериментально установлено, что при разрушении свободным ударом семян кедра сибирского целесообразным является незначительное (в пределах 10 %) увлажнение перед разрушением, что уменьшает хрупкость ядер орешков и повышает качество селективной дезинтеграции.

8. При исследовании прочностных свойств материалов, морфологические структуры которых поверхностно связаны, установлено, что наиболее эффективной селективная дезинтеграция будет при высушивании сырья, когда поверхностная энергия биополимеров резко падает. Такой же эффект снижения энергии межструктурных поверхностных взаимодействий наблюдается при замораживании растительных тканей. Эти факторы могут быть использованы в энергосберегающих технологиях, исключающих сушку как способ консервации растительного сырья.

9. Проведена классификация оборудования с позиции селективной дезинтеграции, из которой следуют преимущества измельчителей с управляемым инерционным заданием деформации слоя материала в циклическом режиме с коническими или роликовыми рабочими органами, создающими нагрузку «сжатие+сдвиг» в регулируемых соотношениях.

10. На основе авторских свидетельств и патентов разработаны и исследованы измельчители инерционного типа: конусный непрерывного действия и роликовый периодического действия. При моделировании процесса разрушения слоя сыпучего материала в измельчителях проведено аналитическое исследование, подкрепленное экспериментами, выявившее ступенчатость процесса разрушения, который, по сути является линейным, а не степенным,

как считалось ранее. Это позволит распространить известные теории деформации и разрушения твердых тел на дезинтеграцию сыпучих сред в слое и упростить методики расчета.

11. Разработана, создана и испытана установка селективной дезинтеграции с одновременным пневмосепарированием, определены критерии качества процесса; выявлены диапазоны варьирования рабочих параметров с учётом скорости движения воздушного потока в рабочей зоне; разработан алгоритм расчета.

Список основных трудов, опубликованных по материалам диссертации

Монографии

1. Руднев С.Д. Теоретические аспекты и методы исследований физико-механических свойств материалов биологического происхождения: монография. Кемерово: КемТИПП, 2006. 130 с.

2. Руднев С.Д. Селективная дезинтеграция растительного сырья: монография. Кемерово: КемТИПП, 2010. 294 с.

Публикации в рецензируемых научных журналах и изданиях

3. О свойствах и использовании черноплодной рябины в комбинированных продуктах питания / JI.A. Остроумов, С.Д. Руднев, Р.З. Григорьева, А.Ю. Просеков // Хранение и переработка сельхозсырья. 1999. № 7. С. 36-38.

4. Руднев С.Д., Клеников Д.В. Моделирование процесса селективного разрушения двукомпонентных тел в конусном виброизмельчителе // Вестник молодых ученых. 2004. № 8. Серия: Технические науки. 2004. № 2. С. 33-38.

5. Попов A.M., Павский В.А., Руднев С.Д. Двухуровневая концепция процесса селективного разрушения растительного сырья // Хранение и переработка сельхозсырья. 2006. № 2. С. 2124.

6. Попов A.M., Руднев С.Д., Рыбина О.Е Кинетическая функция при селективном измельчении растительного сырья //Хранение и переработка сельхозсырья. 2006. № 2. С. 61-62.

7. Руднев С.Д., Попов A.M., Рыбина O.E. О селективном измельчении, селективности измельчения и селективной функции // Известия вузов. Пищевая технология. 2006. № 5. С. 42-44.

8. Руднев С.Д., Карнадуд О.С. Термодинамический подход к определению прочности взаимодействия биологических дисперсных структур // Хранение и переработка сельхозсырья. 2009. № 4. С. 12-15.

9. Руднев С.Д., Попов A.M., Шелеметева Е.А. Поверхностные свойства межклеточного вещества растительного сырья // Известия вузов. Пищевая технология. 2009. Ks 4. С. 17-19.

10. Руднев С.Д., Клеников Д.В., Шелеметева Е.А. Малогабаритная установка селективного виброизмельчения // Техника в сельском хозяйстве. 2009. № 1. С. 33-35.

11. Инстант-продукты с использованием селективно измельченного растительного сырья / С.Д. Руднев, A.M. Попов, Е.Е. Петушкова, A.B. Сухоруков // Известия вузов. Пищевая технология. 2009. № 4. С. 56-58.

12. Руднев С.Д., Попов A.M., Клеников Д.В. Установка селективного виброизмельчения с пневморазделением // Известия вузов. Пищевая технология. 2009. № 5-6. С. 72-73.

13. Руднев С.Д. Теоретическая оценка энергии связи в биологических структурах // Техника и технология пищевых производств. 2010. № 2. С. 56 - 59.

14. Руднев С.Д., Вайман Е.Ф., Яремчук А.И. Интенсификация и повышение качества селективной дезинтеграции адгезионным разупрочнением растительной ткани // Техника и технология пищевых производств. 2010. № 2. С. 50 - 55.

Авторские свидетельства и патенты:

15. А. С. 1445775 СССР, В02С2/10. Устройство дот измельчения / В.В. Илюхин, С.Д. Руднев (СССР). № 4249977/29-33; заявл. 26.05.87; опубл. 23.12.88, Бюл. № 47. 3 с.: ил.

16. А. С. 1470320 СССР, В02С2/02. Рабочий орган конусной инерционной дробилки / В.В. Илюхин, В.А. Катюхин, С.Д. Руднев, В.В. Горяев, C.B. Славутцев, М.А. Бехтин (СССР). № 4219881/31-33; заявл. 01.04.87; опубл. 07.04.89, Бюл. № 13. 2 с. : ил.

17. А. С. 1481987 СССР, Конусная инерционная дробилка / В.В. Илюхин, С.Г. Юрков, В.А. Катюхин, С.Д. Руднев, В.В. Горяев (СССР). № 4275384 ; заявл. 03.07.97; зарег. в Гос. реестре изобр. СССР 22.01.89.

18. А. С. 1481988 СССР, Конусная инерционная дробилка .В.В. Илюхин, В.А. Катюхин, С.Д. Руднев, В.В. Горяев (СССР), Юндэнгийн Бор (МНР). № 4275811; заявл. 03.07.97; зарег. в Гос. реестре изобр. СССР 22.01.89.

19. А. С. 1694205 СССР, В02С2/02. Устройство для измельчения / В.В. Илюхин, С.Д. Руднев, C.B. Славущев (СССР). №4711481/33; заявл. 28.06.89; опубл. 30.11.91, Бюл. №44. 3 с. : ил.

20. Пат. 1790448 СССР, В02С19/16. Измельчитель / Илюхин В.В., Славущев C.B., Руднев С.Д.; заявитель и патентообладатель Московский технологический институт мясной и молочной промышленности. № 4770683/33; заявл. 04.11.89; опубл. 23.01.93, Бюл. № 3. 3 с. : ил.

21. Пат. 2053849 Российская Федерация, МПК6 В02С2/04. Конусный виброизмельчитель инерционного типа / Руднев С.Д, Герлинская Т.А., Рождественский И.А.; заявитель и патентообладатель Руднев С.Д. № 93025953/33; заявл. 30.04.93; опубл. 10.02.96, Бюл. № 4. 4 с. : ил.

22. Пат. 2113903 Российская Федерация, МПК6 6В02С2/04. Конусный электромагнитный виброизмельчитель / Руднев С.Д., Власов В.Г.; заявитель и патентообладатель Руднев С. Д, Власов В. Г.

№ 94004070/03; заявл. 04.02.94; опубл. 27.06.98, Бюл. № 18. 3 с. : ил.

23. Пат. 2249484 Российская Федерация, МПК7 В02С19/16. Способ измельчения сыпучих материалов в конусном виброизмельчителе / Руднев С.Д.; заявитель и патентообладатель Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. № 2003110966/03; заявл. 16.04.03; опубл. 10.04.05, Бюл. № 10. 4 с. : ил.

24. Пат. 2284220 Российская Федерация, МПК В02С2/02. Измельчитель / Руднев С. Д., Клеников Д.В., Сяглов A.C.; заявитель и патентообладатель Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. №2005106676/03; заявл. 09.03.05; опубл. 27.09.06, Бюл. № 27. 5 с. : ил.

Депонированные рукописи:

25. Руднев С.Д., Рыбина О.Е, Клеников Д.В. Аналитическое определение функции измельчения при селективном разрушении растительного сырья; Кемеров. технол. ин-т пищ. пром-ти. Кемерово, 2004. 5 с. Рус. Деп. в ВИНИТИ 24.12.04, № 2050 - В2004.

26. Способ селективного измельчения и динамика конусного виброизмельчителя / С.Д. Руднев, O.E. Рыбина, Д.В. Клеников, Е.А. Шелеметева; Кемеров. технол. ин-т пищ. пром-ти. Кемерово, 2004. 5 с. Рус. Деп. в ВИНИТИ 24.12.04, № 2051 - В2004.

27. Руднев С.Д., Клеников Д.В. Модель процесса разрушения двухфазных тел в конусном виброизмельчителе; Кемеров. технол. ин-т. пищ. пром-ти. Кемерово, 2006. 12 с. Рус. Деп. в ВИНИТИ 05.05.06, № 611 - В2006.

28. Руднев С.Д., Шелеметева Е.А. Исследование поверхностных свойств биополимеров; Кемеров. технол. ин-т. пищ. пром-ти. Кемерово, 2008. 10 с. Деп. в ВИНИТИ 23.06.08, № 521 -В2008.

29. Руднев С.Д., Крохалев A.A., Шелеметева Е.А. Теоретическое обоснование структурной прочности растительного сырья; Кемеров. технол. ин-т. пищ. пром-ти. Кемерово, 2006. 12 с. Деп. в ВИНИТИ 22.12.06, № 16.03 -В2006.

Работы, опубликованные в других изданиях, сборниках научных трудов, материалах всесоюзных, международных и всероссийских конференций

30. Илюхин В.В., Руднев С.Д., Славущев C.B. Основные подходы при разработке математической модели конусного виброизмельчителя инерционного типа // Теоретические и практические аспекты применения методов инженерной физико-химической механики с целью со-

вершенствования и интенсификации технологических процессов пищевых производств: материалы Всесоюзной научно-технической конференции. Часть 2. М., 1990. С. 134.

31. Руднев С.Д. Основные направления развития виброинерционных дробилок // Механика сыпучих материалов: материалы Всесоюзной научно-технической конференции. Одесса: ОТИПП, 1991. С. 68.

32. Руднев С.Д. Экспериментальное определение энергии разрушения в дробилках с применением модельных тел // Разработка комбинированных продуктов питания: материалы IV Всесоюзной научно-технической конференции. Кемерово: КемТИПП, 1991. С. 214.

33. Менх JI.B., Руднев С.Д., Романенко Ю.В. О рациональном способе измельчения зернового продукта из ячменя // Кемеровскому технологическому институту пищевой промышленности 25 лет: достижения, проблемы, перспективы: сборник научных трудов. Часть 2. Кемерово: КемТИПП, 1998.

С.167-173.

34. Руднев С.Д., Козий СЛ. О практике селективного измельчения пищевых материалов // Теоретические и практические аспекты применения методов инженерной физико-химической механики с целью совершенствования и интенсификации технологических процессов пищевых производств: сборник научных трудов. М.: МУПБ, 2002. С. 339-343.

35. Руднев С.Д., Козий С.А., Шелеметева Е.А. Разработка оборудования для селективного измельчения материалов растительного происхождения // Технология и техника пищевых производств: сборник научных работ. Кемерово: КемТИПП, 2003. С. 192-195.

36. Руднев С.Д., Павский В.А., Рыбина O.E. О функции измельчения при селективном разрушении сырья растительного происхождения // Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности: материалы II Международной научно-технической конференции. Часть 2. Воронеж: ВГТА, 2004. С. 264-266.

37. Руднев С.Д., Клепиков Д.В., Сяглов A.C. Селективное измельчение - способ подготовки семян облепихи к экстракции // Конкурентоспособность территорий и предприятий во взаимозависимом мире: материалы VIII Всероссийского форума Часть 3. Екатеринбург: УрГЭУ,

2005. С. 200-201.

38. Руднев С.Д., Клеников Д.В. Теория марковских процессов в моделировании селективного виброизмельчения // Актуальные проблемы современной науки: материалы I Международного форума (6-й Международной конференции). Часть 1- 2. Самара, 2005. С. 132-136.

39. Руднев С.Д., Клеников Д.В. Селективное виброразрушение семян растений // Продукты питания и рациональное использование сырьевых ресурсов: сборник научных трудов. Кемерово: КемТИПП, 2005. С. 97-99.

40. Руднев С.Д., Клеников Д.В. Применение селективного виброизмельчения в производстве комбинированных продуктов питания // Живые системы и биологическая безопасность населения: материалы II Международной научной конференции. М.: МГУПБ, 2005. С. 71-72.

41. Руднев С.Д., Клеников Д.В. Селективное измельчение - основа технологий комбинированных продуктов питания // Перспективы производства продуктов питания нового поколения: материалы 2-й Международной научно-практической конференции. Омск: ОГАУ, 2005. С. 124-125.

42. Руднев С.Д., Клеников Д.В. Моделирование процесса селективного разрушения в конусном виброизмельчителе // Фундаментальные исследования. 2005. № 4. С. 86-88.

43. Руднев С.Д., Клеников Д.В. О селективности разрушения материалов // Научное обозрение.

2006. № 1. С.70-73.

44. Руднев С.Д., Павский В.А., Рыбина O.E. О трансформации распределительной функции при селективном разрушений растительного сырья // Техника и технология пищевых производств: сборник научных работ. Кемерово: КемТИПП, 2006. С. 141-143.

45. Руднев С.Д., Клеников Д.В.Селективное измельчение - основа технологий переработки вторичных растительных пищевых ресурсов // Сотрудничество для решения проблем отходов: материалы III Международной конференции. Харьков, 2006. С. 134-135.

46. Руднев С.Д., Романов A.C. Термодинамический подход к моделированию процесса селективного измельчения // сборник научных трудов. М.: МПА. Выпуск 4. 2006. С. 290-297.

47. Руднев С.Д., Крохалев A.A. Энергетическая модель прочности адгезии // Современные направления теоретических и прикладных исследований: материалы Международной научно-практической конференции. Одесса, 2007. С. 9-10.

48. Руднев С.Д., Шелеметева Е.А Классификация растительного сырья с позиций селективной дезинтеграции // Технология и продукты здорового питания: материалы II Международной научно-практической конференции. Саратов, 2008. С. 124-125.

49. Руднев С.Д., Шелеметева Е.А. Структурно-морфологический анализ растительного сырья // Продукты питания и рациональное использование сырьевых ресурсов: сборник научных работ. Выпуск 17. Кемерово: КемТИПП, 2008. С. 72-73.

50. Кисели с использованием селективно измельченного растительного сырья /С.Д. Руднев, A.M. Попов, Д.В. Клепиков, Е.А. Шелеметева // Пиво и напитки. 2008. № 4. С. 41-42.

51. Руднев С.Д., Шелеметева Е.А.О природе прочности растительной ткани // Инновационные процессы в АПК: сборник статей II Международной научно-практической конференции. М.: РУДН,2010. С. 107-110.

52. Лавринова Е.С., Руднев С.Д. О природе прочности растительной ткани // Наука в современном мире : материалы I Международной научно-практической конференции : сборник научных трудов. Таганрог: Центр научной мысли, 2010. С. 288-293.

Подписано в печать 06.09.10. Формат 60х84|л6 Бумага типографская. Гарнитура Times Уч.-изд. л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ № 106

ПЛД№ 44-09 от 10.10.99 Отпечатано в редакционно-издательском центре Кемеровского технологического института пищевой промышленности 650010, г. Кемерово, ул. Красноармейская, 52

Введение.

1 Дезинтеграция растительной ткани как процесс образования новой поверхности.

1.1 Микроструктура и состав растительной ткани.

1.2 Типы химических связей в растительных тканях.

1.3 Физический подход к поверхностным контактам клеток.

1.4 Энергетические характеристики связи влаги с каркасом растительного сырья.

1.5 Архитектоника растений.

1.5.1 Разновидности растительной ткани.

1.5.2 Особенности строения анатомических частей растений.

1.6 Способы разрушения твердых тел.

1.7 Классификация процессов дезинтеграции, оценка дисперсности сыпучих материалов.

1.8 Основные направления математического моделирования процесса дезинтеграции.

1.9 Представления о селективности дезинтеграции.

1.10 Современные представления о поверхностной энергии.

1.11 Теория Гриффица как теоретическая база процесса преодоления прочности упругих материалов.

1.12 Процесс образования новой поверхности в телах, обладающих пластичностью.

1.13 Анализ конструкций машин для дезинтеграции растительного сырья.

1.14 Выводы по главе и постановка задач исследований.

2 Моделирование процесса селективной дезинтеграции растительного сырья.

2.1. Классификация и моделирование растительного сырья с позиции селективной дезинтеграции.

2.2 Моделирование разрушения единичного тела.

2.3 Модель разрушения слоя бикомпонентных частиц.

2.4 Модель селективного разрушения слоя частиц, имеющих оболочки

2.5 Функции измельчения и их взаимосвязь при селективной дезинтеграции.

2.5.1 Селективная кинетическая функция процесса.

2.5.2 Распределительная функция как критерий качества процесса.

2.5.3 Структурно-временная трансформация распределительной функции при селективной дезинтеграции.

2.6 Аналитическое определение производительности процесса селективной дезинтеграции.

2.7 Выводы по главе.

3 Исследование прочности и разрушения растительной ткани в термодинамическом аспекте.

3.1 Энергетическая оценка поверхностных взаимодействий в биологических структурах.

3.2 Термодинамический подход к прочности однородных твердых тел

3.3 Преодоление прочности адгезии материалов как процесс образования новой поверхности.

3.4 Анализ напряженных состояний моделей двукомпонентных тел, содержащих поверхность адгезионного взаимодействия.

3.5 Выводы по главе: трансформация энергии при деформировании и разрушении двукомпонентных тел.

4. Экспериментальные исследования прочностных свойств объектов селективной дезинтеграции растительного происхождения.

4.1 Адгезионные свойства биополимеров растительной ткани.

4.2. Экспериментальные исследования нативного растительного сырья. с одновременной пневмосепарацией.

6.2 Критерии качества процесса селективной дезинтеграции.

6.3 Исследование работы установки селективной дезинтеграции.

6.3.1 Планирование эксперимента.

6.3.2 Анализ полученных результатов.

Дезинтеграция (разделение целого на части) является одним из основных процессов подготовки растительного сырья к приготовлению продуктов питания. Селективная дезинтеграция растительного сырья — важнейшая стадия переработки природных растительных ресурсов при получении полноценных полуфабрикатов и конечной продукции. Селективное дробление и измельчение (разборка сельхозсырья) является основой большинства технологических схем, например в мукомольной, комбикормовой, масложировой и других отраслях, производящих массовый выпуск продукции народного потребления. Требования к качеству продуктов пищевой промышленности непрерывно возрастают. Современные подходы к образу пищевого предприятия будущего, сформулированные академиком Панфиловым В.А. [103; 104; 105], предусматривают возможность гибкого реагирования на изменяющиеся потребности рынка потребления продовольственных товаров. Постоянно расширяется ассортимент комбинированных продуктов, обогащенных ценными пищевыми добавками. Важнейшим процессом подготовки растительного сырья к основному производству является селективная дезинтеграция. Селективно разрушенное сырье легко разделяется на фракции, содержащие различные морфологические структуры исходного материала, что позволяет затем целенаправленно использовать их в пищевых, медицинских и фармацевтических целях.

Одной из основных проблем является качество сыпучих смесей, получаемых в результате разрушения. Традиционная техника и технология дезинтеграции растительного сырья несовершенны. Как правило, многокомпонентное исходное сырье разрушают до требуемой дальнейшей технологией крупности частиц, получая сыпучий материал, содержащий частицы различных по составу и свойствам компонентов, трудноотделимых друг от друга доступными производству способами разделения. Объекты разрушения биологического происхождения - это сложные по строению структуры, состоящие преимущественно из высокомолекулярных соединений. Связи между морфологическими структурами растительного сырья различны по природе и могут менять свой характер при различных физических воздействиях. Компоненты сырья нестабильны, проявляют нелинейность при деформировании, обладают функциональной/ прочностью, зависящей от динамики, и условий нагружения. И распределение компонентов в объектах разрушения разнообразно — от несвязных коаксиальных структур, например, кедровый орех, до равномерно распределенных друг в друге фаз в виде включений разных по происхождению и различными видами связей, например, корни ценных растений.

Решающую роль в процессе разрушения растительного сырья играют физико-химические факторы: поверхностные явления на границе раздела фаз, контактные взаимодействия между ними и, как следствие, непрерывное образование и разрушение трехмерных структур, агрегатов из частиц непосредственно в ходе процессов получения однородных высококонцентрированных дисперсных систем. Поэтому растительное сырье, подлежащее селективному разрушению, необходимо специально классифицировать, учитывая сложность строения объектов биологического происхождения и разнообразие межфазных взаимодействий в них, а также исследовать с позиции селективной дезинтеграции.

Большое разнообразие объектов измельчения привело к тому, что исследователями решались частные задачи селективной дезинтеграции зерна злаковых, масличных культур и пр. Разработка единого научного подхода, а также технологии и аппаратурного оформления селективной дезинтеграции, когда согласованы способы, комбинаторность и величина нагружения с физико-механическими свойствами сырья, позволит повысить качество и эффективность, получать отделенные друг от друга в процессе разрушения компоненты, различные по составу и свойствам. Исследованию свойств пищевого сырья, полуфабрикатов и продукции долгое время уделяется внимание. Следует отметить плодотворную работу научных школ И. А. Рогова А. В. Горбатова, В. А. Арета, В. Д. Косого, В. В. Илюхина, [125; 126; 42; 11; 70; 62], развивающих методы физико-химической механики, базу которой создал П. А. Ребиндер и его' соратники. В КемТИППе работу по исследованиям свойств материалов биологического происхождения, в том числе — сыпучих, проводят научные школы В. Н. Иванца, Л. А. Остроумова, В. М. Позняковского, А. М. Попова [63; 64; 65; 176; 101; 113; 114]. Развитие теории селективной дезинтеграции может оказать влияние на совершенствование техники и технологии переработки как нативно-го сырья, так и отходов производства (жмыхов, шротов, и т.д.) с целью получения целевых продуктов, обогащенных клетчаткой, минеральными веществами, красителями и пр., а также в подготовке к основному производству условно безкожурных масличных культур.

Цель работы заключается в создании единого методологического подхода, научном обосновании и практической реализации процесса селективной дезинтеграции растительного сырья с учетом строения и свойств перерабатываемого материала.

Научная концепция работы. В основу научной концепции положен подход к дезинтеграции растительного сырья как процессу преодоления адгезионной прочности как на микроуровне при поверхностном взаимодействии клеток растительной ткани, так и на уровне взаимодействия морфологических структур растений.

Научная новизна работы:

Разработана математическая модель процесса селективной дезинтеграции на основе стохастического подхода, получено решение уравнений, описывающих состояние системы, в виде зависимостей, содержащих физические величины. Аналитически определены функции изменения поверхностей взаимодействующих в частицах компонентов, время протекания процесса, кинетическая селективная функция, теоретическая производительность. Предложены критерии оценки качества процесса селективной дезинтеграции.

На основе термодинамического метода исследований, аналитически определена энергия поверхностной связи на уровне межклеточных взаимодействий с применением понятия о статистическом координационном числе) и между морфологическими структурами (с применением теории Гриффица).

Экспериментально исследованы поверхностные свойства биополимеров с применением метода армирования приповерхностного слоя.

Экспериментально исследованы прочностные свойства связного (корень лопуха, мускатный орех) и несвязного (семена облепихи, кедра сибирского, шиповника) растительного сырья при высушивании, замораживании, различном приложении нагрузок (сжатие, сдвиг, свободный и стесненный удары) и разных скоростях деформирования.

Разработаны математические модели конусного и роликового измельчителей; при моделировании процесса разрушения слоя сыпучего материала в рабочих зонах проведено аналитическое и экспериментальное исследование, выявившее ступенчатость процесса разрушения, который по сути является линейным, а не степенным, как считалось ранее.

Исследовано влияние конструктивных, динамических параметров и скорости воздушных потоков на качество разрушения растительного сырья в установке селективной дезинтеграции с пневмосепарированием непрерывного действия.

На защиту выносится:

- концепция адгезионной природы прочности растительного сырья с позиции селективной дезинтеграции;

- систематизация растительного сырья, физические двукомпонентные модели объектов селективной дезинтеграции;

- математическая модель процесса селективной дезинтеграции растительного сырья, связывающая кинетическую функцию процесса с прочностными свойствами сырья и энергией поверхностного взаимодействия компонентов в полиморфном материале, критерии и методику оценки качества процесса;

- аналитическое исследование энергии поверхностного взаимодействия в растительной ткани на микроуровне, теоретическое обоснование применимости теории Гриффица к процессу преодоления адгезии, модели образования новой поверхности по границе адгезионного взаимодействия разнородных материалов;

- результаты экспериментальных исследований: закономерностей^ изменения поверхностной энергии биополимеров в зависимости от влагосодержания, прочностных свойств связного (корень лопуха, мускатный орех) и несвязного (семена облепихи, кедра сибирского, шиповника) растительного сырья при высушивании, замораживании, различном приложении нагрузок (сжатие, сдвиг, свободный и стесненный удары) и разных скоростях деформирования;

- классификация оборудования для дезинтеграции с позиции селективности процесса, математические модели конусного и роликового измельчителей инерционного типа, результаты исследований процесса разрушения слоя сыпучей среды;

- результаты исследований, влияния конструктивных, динамических параметров и скорости воздушных потоков на качество разрушения растительного сырья в установке селективной дезинтеграции с пневмосепарированием непрерывного действия.

Практическая значимость и реализация результатов.

Разработанные математические модели сокращают объем экспериментальной информации, необходимой для полного расчета основных характеристик процесса селективной дезинтеграции. Применение теории Гриффица упрощает расчеты процесса преодоления прочности адгезии как в нативных объектах разрушения, так и при взаимодействии перерабатываемых материалов и, поверхностей рабочих органов.

Проведенные экспериментальные исследования влияния физических воздействий; позволяют целенаправленно применять адгезионное разупрочнение растительных структур, с целью повышения качества и интенсивности селективной дезинтеграции.

Классификация оборудования выявила перспективность измельчителей инерционного типа для селективной дезинтеграции, на основе авторских свидетельств и патентов разработаны конструкции конусного и роликового измельчителей.

Установка селективной дезинтеграции с пневмосепарированием непрерывного действия внедрена в ОАО «Тулунский мясной двор». Инерционный роликовый измельчитель периодического действия внедрен в научно-производственном объединении «Здоровое питание» (г. Кемерово).

Результаты исследований используются в преподавании дисциплины «Физико-механические свойства сырья и продукции» для направления профессиональной подготовки 262600 — Пищевая инженерия, а также в дипломном проектировании на кафедре машин и аппаратов пищевых производств ГОУ ВПО «КемТИПП».

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Выявлено, что для процесса селективной дезинтеграции наилучшим сочетанием является сжатие со сдвигом в циклическом режиме. Проведена классификация растительного сырья, из которой следует, что для несвязных материалов необходимыми для расчётов оборудования параметрами являются пределы прочности и модули упругости компонентов, для связных - адгезионная прочность взаимодействия морфологических структур.

2. На основе Марковских процессов разработана математическая модель процесса селективного разрушения сыпучей среды. Проведена адекватная замена стохастических величин соотношениями физических параметров. Получены аналитические зависимости для определения времени разрушения единичного тела, функций изменения прирастающих поверхностей компонентов и I времени протекания селективной дезинтеграции; кинетическая функция и теоретическая производительность процесса. На основе анализа распределительных функций предложены критерии оценки качества процесса селективной дезинтеграции.

3. Установлено, что объекты переработки растительного происхождения чаще всего в нативном состоянии представляют собой коагуляционные дисперсные системы, влага в которых находится во всех формах связи с макромолекулами биополимеров. Механическое обезвоживание либо сушка создают условия для перехода структур из коагуляционных, когда поверхностное взаимодействие микроструктур, в частности - растительных клеток,' осуществляется адгезионно (дисперсная фаза - дисперсионная среда), в конденсационно-кристаллизационные. Прочность обезвоженного растительного сырья определяется когезионным поверхностным взаимодействием его макроструктур и «кирпичиков» (частично обезвоженных растительных клеток). Поверхностные белки клеточных мембран взаимодействуют с белками соседней мембраны как непосредственно, так и с участием молекул воды и веществом межклетников, содержащим белки либо пектины. Получены аналитические зависимости поверхностной энергии на уровне взаимодействия клеток (использовано представление о статистическом координатном числе), а также - на уровне взаимодействия морфологических структур (на основетеории Гриффица).

4. Установлено, что поверхностная энергия биополимеров — клейковины пшеницы и пектина-яблочного - зависит от их влагосодержания, причем зависимости имеют экстремумы; снижение энергии происходит не только при обезвоживании, но и переувлажнении.

5. При исследовании прочностных свойств некоторых сибирских дикоро-сов: семян облепихи, кедровой сосны сибирской, плодов шиповника установлено: а) с увеличением скорости деформирования предельные напряжения разрушения апр и т„р материалов растительного происхождения увеличиваются, достигая экстремума в диапазоне скоростейО,8-1,2-10" м/с, а затем снижаются, что объясняется адгезионной природой прочности в растительном сырье, наличием естественных концентраторов напряжений в поверхностных зонах взаимодействий структур материала как на микро-, так и на макроуровнях. б) с ростом скорости нагружения заметно увеличиваются значения модулей упругости Е первого рода, а второго рода изменяется незначительно, что подтверждает выбор типа нагрузки (сжатие и сдвиг) на материал при разрушении; в) при разрушении свободным ударом кедровых орехов целесообразным является незначительное (в пределах десяти процентов) увлажнение перед разрушением, что уменьшает хрупкость ядер орешков и повышает качество селективной дезинтеграции:

6. При исследовании прочностных свойств материалов, морфологические структуры которых поверхностно связаны, установлено, что наиболее эффективной селективная, дезинтеграция будет при высушивании сырья, когда поверхностная энергия биополимеров резко падает. Такой же эффект снижения энергии межструктурных поверхностных взаимодействий наблюдается при замораживании растительных тканей. Этот факторы могут быть использованы в энергосберегающих технологиях, исключающих сушку как способ консервации растительного сырья.

7. Разработаны и исследованы измельчители ирюрционного типа: конусный непрерывного действия и роликовый периодического действия. При моделировании процесса разрушения слоя сыпучего материала в измельчителях проведено аналитическое исследование, подкрепленное экспериментами на высокоточном оборудовании, выявившее ступенчатость процесса разрушения, который по сути является линейным, а не степенным, как считалось ранее. Это позволит распространить известные теории деформации и разрушения к дезинтеграции сыпучих сред в слое и упростить методики расчета.

8. Разработана, создана и испытана установка селективной дезинтеграции с одновременным пневмосепарированием, установлены критерии качества процесса; на основе теоретической производительности установлены диапазоны варьирования рабочих параметров с учётом скорости движения воздушного потока в рабочей зоне.

1. Абрамова Л.И., Березина H.A. Анатомия, морфология и систематика растений. М.: Изд-во МГУ, 1990. 131 с.

2. Абрамов C.B., Мизонов В.Е., Огурцов В.А. Идентификация процессов периодического измельчения // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1999. Т. 42. Вып. I. С. 124-125.

3. Айнштейн В.Г. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии. М.: Логос, Высшая школа, 2003. Т. 2. 1760 с.

4. Андреев С.Е., Товаров В.В., Перов В.А. Закономерности измельчения и исчисления характеристик гранулометрического состава. М.: Металлургиздат, 1959. 427с.

5. Андреева И.И., Родман Л.С. Ботаника: учебник. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Колос, 1999. 488 с.

6. Акунов В.И., Литвинов Г.П. Основные технико-экономические показатели противоточных струйных мельниц // Труды НИИЦемента. 1982. Вып. 70. С. 3-10.

7. Акунов В.И. Струйные мельницы. М.: Машгиз, 1962. 305 с.

8. Акунов В.И. О нормальном ряде измельчителей. М.: Госстройиздат, 1958.86 с.

9. Александров В.Г. Анатомия растений. М.: Высшая школа, 1966. 432 с.

10. Андреев С.Е., Зверевич В.В., Перов В.А. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. М.: Недра, 1980. 415с.

11. Арет В.А., Николаев.Б.Л., Николаев Л.К. Физико механические свойства сырья и готовой продукции: учебное пособие. СПб.: ГИОРД, 2009. 448 с.

12. А. С. 1481987 СССР, Конусная инерционная дробилка . В.В. Илюхин, С.Г. Юрков, В.А. Катюхин, С.Д. Руднев; В.В. Горяев (СССР).№ 4275384 ; заявл. 03.07.97; зарег. в Гос. реестре изобр. СССР 22.01.89.

13. А. С. 1445775 СССР, В02С2/10. Устройство для измельчения. В.В. Илюхин, С.Д. Руднев (СССР).№ 4249977/29-33; заявл. 26.05.87; опубл. 23.12.88, бюл. № 47.3 с. : ил.

14. А. С. 1470320 СССР, В02С2/02. Рабочий орган конусной инерционной дробилки. В.В. Илюхин, В.А. Катюхин, С.Д. Руднев, В.В.Горяев, C.B. Славущев, М.А. Бехтин (СССР).№ 4219881/31-33; заявл. 01.04.87; опубл. 07.04.89, бюл. № 13.2 с. : ил.

15. А. С. 1481988 СССР, Конусная инерционная дробилка. В.В. Илюхин, В.А. Катюхин, С.Д. Руднев, В.В. Горяев (СССР), Юндэнгийн Бор (МНР).№ 4275811; заявл. 03.07.97; зарег. в Гос. реестре изобр. СССР 22.01.89.

16. А. С. 1694205 СССР, В02С2/02. Устройство для измельчения. В.В. Илюхин, С.Д. Руднев, C.B. Славущев (СССР).№ 4711481/33; заявл. 28.06.89; опубл. 30.11.91, бюл. № 44.3 с. : ил.

17. Бабаев P.M. Обоснование рациональных параметров конусной инерционной дробилки для получения заданного гранулометрического состава продукта дробления: дис. . канд. техн. наук: 05.05.06. СПб., 2005. 138 с.

18. Базаров И.П. Термодинамика. М.: Высшая школа, 1991. 376 с.

19. Баруча-Рид А.Т. Элементы теории марковских процессов и их приложение. М.: Наука, 1969. 512 с.

20. Бауман В.А., Клушанцев Б.В., Мартынов В.Д. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций. М.: Машиностроение, 1981. 328с.

21. Беляков А.Н., Жуков В.П., Отвиновски X. Учет нелинейных эффектов при расчете сложных технологических систем измельчения // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2000. Т. 44. Вып. 2. С. 123-125.

22. Биленко Л.Ф. Закономерности измельчения в барабанных мельницах. М.: Недра, 1984. 200 с.

23. Биохимия растительного сырья /В.Г. Щербаков и др.. М.: КолосС, 1999. 376 с.

24. Блехман И.И. Вибрационная механика. М.: Физматлит, 1994. 400 с.

25. Блехман И.И. Метод прямого разделения движений в задачах о действии вибрации на нелинейные механические системы // Механика твердого тела: 1976. №6. С. 13-27.

26. Блиничев В:Н. Разработка оборудования и методов его расчета для интенсификации процессов тонкого измельчения материалов и химических реакций в твердых телах: дис. . докт. техн. наук. Иваново: ИХТИ, 1975. 317с.

27. Блиничев В.Н., Падохин В.А. О статистическом методе исследования процесса измельчения сыпучих материалов // Журнал всесоюзного химического общества им. Д.И. Менделеева. 1988. Т. 32, № 4. С. 437-441.

28. Бобков А.И., Блиничев В.Н. Описание кинетики измельчения двухпараметрическими зависимостями // Изв. вузов. Химия и химическая технология. 1988.Т. 31. Вып. 10. С. 113 116.

29. Бойко В.Ф. Интерпретация средствами гранулометрии процесса измельчения руд // Обогащение руд. 2002. № 6. С. 14-17.

30. Болдырев A.C., Доббужинский В.И., Ренитар Я.А. Технический прогресс в промышленности строительных материалов. М.: Стройиздат, 1980. 399 с.

31. Бонд Ф.С. Законы дробления: Труды Европейского совещания по измельчению. М.: Стройиздат, 1966. С. 195-208.

32. Ботаника: учебно- метод, пособие / В.В. Ксенофонтова и др.. М.: Московский лицей, 1996. 168с.

33. Ботанико фармакогностический словарь: справ, пособие / К.Ф. Блинова и др.. М.: Высшая школа, 1990. 272с.

34. Бутт Ю.М., Сычев М.М.,. Тимашев В.В. Химическая технология вяжущих материалов. М.: Высшая школа, 1980. 472с.

35. Бутковский В.А., Мельников Е.М. Технология мукомольного и комбикормого производства (с основами экологии). М.: Агропромиздат, 1989. 464 с.

36. Вайсбёрг Л.А., Устинов И.Д. Техника и технология переработки биоминерального сырья // Обогащение руд. 2004. № 6. С.33-35.

37. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: учебник для студ. вузов. 9-е изд., М.: Издательский центр «Академия», 2003. 576 с.

38. Вердиян М.А., Кафаров В.В. Процессы/ измельчения твердых тел // Сер.: Процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1977. Т. 5. 160 с.

39. Гарднер Р.П., Аустин Л.Г. Исследование измельчения в мельнице периодического действия // Труды Европейского совещания по измельчению. М.: Стройиздат, 1966. С. 219-248.

40. Гиббс Дж.В. Термодинамика. Статистическая механика. М.: Химия, 1982. 584 с.

41. Гийо Роже Проблема измельчения материалов и её развитие. М.: Стройиздат, 1964. 225с.

42. Горбатов A.B. Реология мясных и молочных продуктов. М.: Пищевая промышленность, 1979. 384 с.

43. Гончаревич И.Ф. Вибрационная техника в пищевой промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1977. 278с.

44. ГОСТ 9454 78* «Металлы. Метод испытаний на ударный изгиб при пониженной, комнатной и повышенной температурах». Дата введения в действие: 01.01.1979. 10 с.

45. ГОСТ 10708-82* «Копры маятниковые. Технические условия». Дата введения в действие: 01.07.1983. 17 с.

46. Грэм Р.Л., Спенсер Д.Х. Теория Рамсея // В мире науки. 1990. №9. С.70-76.

47. Гуюмджян П.П. Разработка и исследование высокоскоростных многоступенчатых измельчителей ударного действия: дис. . канд. техн. наук. Иваново: ИХТИ, 1974. 162с.

48. Демидов А.Р., Чирков С.Е. Измельчающие машины ударного действия // ЦНИИ ТЭИ Легпищемаш. 1969. 59 с.

49. Демидов А.Р., Чирков С.Е. Способы измельчения и методы оценки их эффективности / ЦИНТИ Госкомзага СССР. 1969. 52 с.

50. Демидов А.Р. Проблема измельчения материалов в пищевой промышленности: тез. докл. науч.-техн. совещания. ЦИНТИ Госкомзага. М. 1968. С. 23 45

51. Дерягин Б.В., Кротова H.A., Смигла В.П. Адгезия твердых тел. М.: Наука, 1973. 279 с.

52. Донченко JI.B. Технология пектина и пектинопродуктов: учеб. пособие. М.: ДеЛи, 2000. 256 с.

53. Дынкин Е.Б., Юшкевич A.A. Управляемые марковские процессы. М.: Наука, 1975.339 с.

54. Егоров Г.А. Технология и оборудование мукомольной, крупяной и комбикормовой промышленности. М.: Издательский комплекс МГАПП, 1996. 210 с.

55. Егоров Г.А. Технологические свойства зерна. М.: Агропромиздат, 1985. 334 с.

56. Жислин Я.М. Оборудование для производства кормов и обогатительных смесей и премиксов. М.: Колос, 1981. 319 с.

57. Жуков В.П., Беляков А.Н., Лезнова Н.Р. Информационно-энтропийный подход к идентификации закона измельчения // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1999.Т. 42. Вып. 3. С. 145-146.

58. Зимон А.Д. Адгезия пищевых масс. М.: Агропромиздат, 1985. 272 с.

59. Золотьев М.А. Современные средства размола зерна. М.: Колос, 1982. 136 с.

60. Ионов В.Н., Селиванов В.В. Динамика разрушения деформируемого тела. М.: Машиностроение, 1987. 272 с.

61. Илюхин В.В. Физико технические основы криоразделения пищевых продуктов. М.: Агропромиздат, 1990. 207 с.

62. Иванец B.H., Романов A.C., Зверев В.П. Смешивание компонентов при изготовлении сухих зерновых завтраков // Пищевая промышленность. 2002 . № 5. С.26-27.

63. Иванец В.Н., Бакин И.А., Бородулин Д.М. Анализ работы центробежных смесителей непрерывного действия на основе математических моделей // Хранение и переработка сельхозсырья. 2003. № 5. С. 46-48.

64. Иванец Г.Е. Разработка смесительных агрегатов вибрационного типа для получения комбинированных продуктов. Кемерово: КемТИПП, 2001. 156 с.

65. Исследования в области поверхностных явлений / П.А. Ребиндер и др.. М.: ОНТИ, 1936. 268 с.

66. Казаков Е.Д., Кретович B.JI. Биохимия зерна и продуктов его переработки. 2-е изд., перераб. и доп. М: Агропромиздат, 1989. 368 с.

67. Кафаров В.В., Дорохов И.Н., Арутюнов С.Ю Системный анализ процессов химической технологии. Процессы измельчения и смешения сыпучих материалов. М.: Наука, 1985. 440 с.

68. Килыптедт П.Г. Взаимосвязь между зерновым составом и удельной поверхностью при измельчении: Труды Европейского совещания по измельчению. М.: Стройиздат, 1966, С. 209-219.

69. Косой В.Д., Малышев А.Д., Виноградов Я.И. Инженерная реология биотехнологических сред. М.: ГИОРД, 2005. 647 с.

70. Колмогоров А.Н. О логарифмически нормальном законе распределения размеров частиц при дроблении: Докл. АН СССР. 1941. Т.31, № 2. С. 99.

71. Клыков Ю.Г. Анализ измельчаемости медно-пиритовых промежуточных продуктов в роторном доизмельчителе. Колыма.1987. № 9. С. 28-29.

72. Коровкин А. С. Исследование устойчивости массопотоков в технологических системах переработки сыпучих материалов с рециклами: дис . канд. техн. наук: 05.17.08. Иваново, 2004.

73. Комар А.Г. Строительные материалы и, изделия. М.: Высшая школа, 1983. 488с.

74. Козулин И.А., Горловский И.А. Оборудование заводов лакокрасочной промышленности. Л.: Химия, 1968. 630с.

75. Клушанцев Б.В., Косарев А.И. Дробилки. Конструкция, расчет, особенности эксплуатации. М.: Машиностроение, 1990. 320 с.

76. Коузов, П. А. Основы анализа дисперсионного состава промышленных пылей и измельчённых материалов. 2-е изд., испр. Л.: Химия, 1974. 280 с.

77. Кузнецов В.Д. Поверхностная энергия твердых тел. М.: Гостехиздат, 1954. 258 с.

78. Курсанов Л.И., Комарницкий H.A., Раздорский В.Ф. Анатомия и морфология растений. М.: Просвещение, 1966. 424 с.

79. Лагунова Ю.А. Экспериментальное исследование процесса разрушения слоя кусков горной породы // Горные машины и автоматика. 2004. № 5. С. 37-38.

80. Лагунова Ю.А. Моделирование процесса саморазрушения горных пород при многослойной укладке кусков // Горные машины и автоматика. 2004. № 6. С. 36-37.

81. Лагунова Ю.А. Моделирование процесса дробления горных пород «в слое» // Горное оборудование и электромеханика.2007. № 7. С. 49-53.

82. Лагунова Ю.А. Разработка математической модели процесса разрушения горных пород «в слое» // Горное оборудование и электромеханика. 2008. № 8. С. 38-43.

83. Левданский Э.И., Волк А.М., Плехов И.М. О законе распределения частиц при дроблении // Теоретические основы химической технологии. 1986. Т.20,5. С. 672-677.

84. Макаров A.B. Исследование процесса разрушения горных пород щековыми дробильными машинами и разработка методов совершенствования их конструкций: дис. канд. техн. наук: 01.02.06. Новокузнецк, 2004. 182 с.

85. Маляров П.В. Развитие теории' и технологии измельчения минерального сырья в шаровых мельницах: дис. докт. техн. наук: 25.00.13. М., 2006. 210 с.

86. Мизонов В.Е., Лебедев Д.Е., Смирнов С.Ф. Влияние распределения энергии по -фракциям сырья на,гранулометрический состав измельченного материала // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1999.Т. 42. Вып. 1. С. 123-124.

87. Мизонов В.Е., Пономарев Д.А., Berthiaux H. Применение двухмерной цепи Маркова для численного решения уравнения Фоккера-Планка // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2004. Т. 47. Вып.4. С. 140-142.

88. Мизонов В.Е., Бернье А., Абрамов C.B. Об одном подходе к описанию кинетики измельчения // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1999. Т. 42. № 4. С. 124-126.

89. Мусил Я., Новакова О., Кунц К. Современная биохимия в схемах. 2-е изд., испр. М.: Мир, 1984. 216 с.

90. Нарисава И. Прочность полимерных материалов. М.: Химия, 1987. 400 с.

91. Непомнящий Е.А. Кинетика некоторых процессов переработки дисперсных материалов // Теоретические основы химической технологии. 1973. Т. 7, № 5. С. 754-763.

92. Непомнящий Е.А. Кинетика измельчения // Теоретические основы химической технологии. 1977. Т. 11, № 3. С. 477-480.

93. Ныч A.B., Блиничев В.Н. В кн.: Разработка теории и конструирование оформления машин и аппаратов интенсивного действия с участием зернистых материалов. Иваново, 1984. С. 35-39.

94. Огурцов A.B., Жуков В.П., Овчинников Л.Н. Вероятностная модель истирания порошка в кипящем слое // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2003. Т. 46. Вып. 2. С. 108-110.

95. Огурцов A.B., Жуков В.П., Мизонов В.Е. Моделирование истирания частиц в кипящем слое на основе теории цепей Маркова // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2003. Т. 46. Вып. 7. С. 64-66.

96. Огурцов A.B. Моделирование процесса истирания частиц во взвешенном слое на основе теории цепей Маркова: дис. . канд. техн. наук: 05.17.08. Иваново, 2004. 115 с.

97. Олевский В.А. Конструкции, расчеты и эксплуатация дробилок. М.: Металлург-издат, 1958. 460с.

98. Олевский В.А. Размольное оборудование обогатительных фабрик. М . : Госгортехиздат, 1963. 447с.

99. Остроумов JI.A., Пирогов А.Н., Попов A.M. Исследование влияния замораживания на структурно механические свойства мягких и твердых сыров // Хранение и переработка сельхозсырья. 2002. № 5. С. 37 - 40.

100. Остроумов Л.А., Руднев С.Д., Григорьева Р.З. О свойствах и использовании черноплодной рябины в комбинированных продуктах питания // Хранение и переработка сельхозсырья. 1999. №7. С. 36-38'

101. Панфилов В.А. Разработка образа пищевого предприятия XXI века -необходимое условие системного развития технологий и техники // Пищевая промышленность. 2009. №9. С. 8 10.

102. Панфилов В.А. Теория технологического потока. 2-е изд., исправл. и доп. М.: КолосС, 2007.319 с.

103. Панфилов В.А. Теория пищевых технологий как система знаний // Техника и технология пищевых производств. 2010. №1. С. 3-6.

104. Пат. 1790448 СССР, В02С19/16. Измельчитель. № 4770683/33; заявл. 04.11.89; опубл. 23.01.93, Бюл. № 3. 3 с.

105. Пат. 2053849 Российская Федерация, МПК6 В02С2/04. Конусный,виброизмельчитель инерционного типа. № 93025953/33; заявл. 30.04.93; опубл. 10.02.96, Бюл. № 4. 4 с.

106. Пат. 2113903 Российская Федерация, МПК6 6В02С2/04. Конусный электромагнитный виброизмельчитель. № 94004070/03; заявл. 04.02.94; опубл. 27.06.98, Бюл. № 18.3 с.

107. Пат. №2249484 Российская Федерация, МПК7 В 02 С 19/16 Способ измельчения сыпучих материалов в конусном виброизмельчителе. №2003110966; заявл. 16.04.2003; опубл. 10.04.2005, Бюл. № 10. 4 с.

108. Пат. 2284220 Российская Федерация, МПК7 В 02 С 2/02. Измельчитель. № 2005106676/03; заявл. 09.03.05; опубл. 27.09.06, Бюл. № 27. 5 с.

109. Пелеев А.И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности. М.: Пищевая промышленность. 1971. 520 с.

110. Петрушенков П.А. Комбинированное мокрое измельчение в конической мельнице: Математическое описание и экспериментальное исследование: дис. . канд. техн. наук: 05.17.08. Казань, 1999.

111. Позняковский В.М., Неверова O.A., Гореликова Г.А. Пищевая биотехнология продуктов из сырья растительного происхождения: учебник. Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2007. 416 с.

112. Попов A.M. Физико-химические основы технологий полидисперсных гранулированных продуктов питания. Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2002. 324 с.

113. Попов A.M., Павский В.А., Руднев С.Д. Двухуровневая концепция процесса селективного разрушения растительного сырья // Хранение и переработка сельхозсырья. 2006. №2. С. 61 62.

114. Попов A.M., Руднев С.Д., Рыбина O.E. Кинетическая функция при селективном измельчении растительного сырья // Хранение и переработка сельхозсырья. 2006. №2. С. 61-62.

115. Потемкина С.П. Исследование и расчет оптимальных условий тонкого измельчения в аппаратах ударно-истирающего типа: дис. . канд. техн. наук: 05.15.08. Иркутск, 1997. 137с.

116. Ребиндер П.А. Труды всесоюзного научно-технического совещания по интенсификации процессов и улучшению качества материалов при сушке. М.: Профиз-дат, 1958. С.127-134.

117. Ревнивцев В.И., Доливо-Добровольская Г.И., Владимиров П.С. Ранговые распределения размерности фракций в системах обломочных частиц // Обогащение руд. 1987. № 5. С. 29-33.

118. Ревнивцев В.И., Гапонов Г.В., Зарогатский Л.П. Селективное разрушение минералов. М.: Недра, 1988. 286 с.

119. Рогов И.А., Горбатов A.B. Физические методы обработки пищевых. М.: Пищевая промышленность, 1974. 583 с.

120. Рогов И.А., Горбатов A.B., Свинцов В.Я. Дисперсные системы мясных и молочных продуктов. М.: Агропромиздат, 1990. 320 с.

121. Романов A.C., Руднев С.Д. Моделирование процесса селективной-i '1.дезинтеграции растительного сырья на основе стохастического подхода // Сб.науч. трудов МПА. Вып. 4/2. М. 2008. С. 186-193.

122. Руднев С.Д. Основные направления развития виброинерционных дробилок // Механика сыпучих материалов: материалы Всесоюзной науч.-техн. конф. Одесса: ОТИПП, 1991. С. 68.

123. Руднев С.Д., Козий С.А., Шелеметева Е.А. Разработка оборудования для селективного измельчения материалов растительного происхождения // Технология итехника пищевых производств: сборник научных работ. Кемерово: КемТИПП,2003. С. 192-195.

124. Руднев-С. Д., Рыбина O.E., Клеников Д.В. Аналитическое определение функции измельчения при селективном разрушении растительного сырья. Кемеров. технол. ин-т пищ. пром-ти. Кемерово, 2004. 5 с. Рус. Деп. в ВИНИТИ 24.12.04, № 2050 -В2004.

125. Руднев С.Д., Клеников Д.В. Моделирование процесса селективного разрушения двукомпонентных тел в конусном виброизмельчителе // Вестник молодых ученых. 2004. №8.Серия: Технические науки.2004.№2.с.33-38.

126. Руднев С.Д., Павский В.А., Рыбина O.E. О физической сущности селективного разрушения сырья растительного происхождения // Технология и техника пищевых производств: сб. науч. работ. Кемерово: КемТИПП, 2004. С. 209-213.

127. Руднев С.Д., Рыбина O.E., Клеников Д.В. Способ селективного измельчения и динамика конусного виброизмельчителя. Кемеров. технол. ин-т пищ. пром-ти. Кемерово, 2004. 10 с. Рус. Деп. в ВИНИТИ 24.12.04, № 2051 В2004.

128. Руднев С.Д., Клеников Д.В. Моделирование процесса селективного разрушения в конусном виброизмельчителе // Фундаментальные исследования. 2005. №4. С.86-88.

129. Руднев С.Д., Попов A.M., Рыбина O.E. О селективном измельчении, селективности измельчения и селективной функции // Известия ВУЗов: Пищевая технология. 2006. №5. С. 42-44.

130. Руднев С.Д., Клеников Д.В. Модель процесса разрушения двухфазных тел в конусном виброизмельчителе. Кемеров. технол. ин-т пищ. пром-ти. Кемерово, 2006. 12 с. Рус. Деп. в ВИНИТИ 05.05.06, № 611 В2006.

131. Руднев С.Д. Теоретические аспекты и методы исследований физико-механических свойств материалов биологического происхождения. Кемерово: КемТИПП, 2006. 130 с.

132. Руднев С.Д., Клеников Д.В. О селективности разрушения материалов //Научное обозрение. 2006. №1. С.70-73.

133. Руднев С.Д., Рыбина O.E. Модель процесса измельчения слоя сыпучей среды роликовым инерционным измельчителем // Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте: материалы междунар. науч.-практ. конф. Одесса, 2007. С. 57-58.

134. Руднев С.Д., Шелеметева Е.А. Исследование поверхностных свойств биополимеров. Кемеров. технол. ин-т пищ. пром-ти. Кемерово, 2008. 10 с. Рус. Деп. в ВИНИТИ 23.06.08, № 521 В2008.

135. Руднев С.Д., Попов A.M., Клеников Д.В. Кисели с использованием селективно» измельченного растительного сырья // Пиво и напитки. 2008. №4. С. 41 42.

136. Руднев С.Д., Попов A.M., Шелеметева Е.А. Поверхностные свойства межклеточного вещества растительного сырья // Известия вузов. Пищевая технология. 2009. №4. С.17-19.

137. Руднев С.Д., Клеников Д.В., Шелеметева Е.А. Малогабаритная установка селективного виброизмельчения // Техника в сельском хозяйстве. 2009. №1. С. 3335.

138. Руднев С.Д., Попов A.M., Петушкова Е.Е. Инстант-продукты с использованием селективно измельченного растительного сырья // Известия вузов. Пищевая технология, №4, 2009. С. 56-58.

139. Руднев С.Д., Попов A.M., Клеников Д.В. Установка селективного виброизмельчения с пневморазделением // Известия вузов. Пищевая технология, №5-6, 2009. С. 72-73.

140. Руднев С.Д., Карнадуд О.С. Термодинамический подход к определению прочности взаимодействия биологических дисперсных структур // Хранение и переработка сельхозсырья. 2009. №4. С.12-15.

141. Руднев С.Д., Вайман Е.Ф., Яремчук А.И: Интенсификация и повышение качества селективной дезинтеграции адгезионным разупрочнением растительной ткани // Техника и технология пищевых производств. 2010. № 2. С. 50 55.

142. Руднев С.Д. Теоретическая оценка энергии связи в биологических структурах // Техника и технология пищевых производств. 2010. № 2. С. 56 59.

143. Руднев С.Д. Селективная дезинтеграция растительного сырья: монография. Кемерово: КемТИПП, 2010. 294 с.

144. Сапожников М.Я. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций. М.: Высшая школа, 1971. 382с.

145. Семенов И.Л., Выскребенцева Э.И. Физиолого-биохимические исследования поверхности растительных клеток // Новые направления в физиологии растений. М.: Наука, 1985. 288 с.

146. Серго Е.Е. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. М.: Недра, 1985. 285с.

147. Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. М.: Химия, 1977. 368 с.

148. Смирнов Н.М., Блиничев В.Н., Стрельцов В.В. Расчёт гранулометрического состава продуктов помола в одноступенчатой мельнице ударно-отражательного действия. Иваново, 1976. 10 с. Деп в ВИНИТИ 10.11.76, № 3942 76.

149. Смирнов Н.М., Блиничев В.Н., Стрельцов В.В. Расчет гранулометрического состава продуктов разрушения одиночных частиц // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1977. Т. 20, № 1. С. 123-125.

150. Смирнов Н.М., Блиничев В.Н., Стрельцов В.В. Определение вероятности разрушения зернистого материала при многократном высокоскоростномнагружении // Изв. вузов. Химия и химическая технология. 1977. Т. 20. Вып. 4. С. 601 -603.

151. Смирнов .С.Ф. Разработка научных основ процессов формирования фракционных массопотоков в технологических системах измельчения: дис. . докт. техн. наук: 05.02.13, 05.17.08. Иваново. 2009. 261с.

152. Теоретические: основы пищевых технологий / Под ред. В.А. Панфилова. М.: КолосС, 2009. Кн. 1.608 с.

153. Тихомиров Ф.К. Ботаника: учебник для; е.- х. вузов. 3-е изд., перераб. М.: Высшая школа, 1974. 397с.

154. Третьяков H.H., Кошкин Е.И., Макрушин Н.М. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений. 2-е изд. М.: КолосС, 2005. 656 с.

155. Турубанов Н.В. Повышение эффективности процесса дробления зерна в молотковой дробилке путем разделения дерти воздушным потоком: дис. . канд. техн. наук: 05.20.01. Киров, 2004. 183 с.

156. Труды Европейского совещания по измельчению. М.: Изд-во литературы по строительству, 1966. 602с

157. Тюкавкина H.A., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия: учебник. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Медицина, 1991. 528 с.167. .Уваров В.А. Научные основы проектирования и создания пневмоструйных мельниц : дис. докт. техш наук : 05.02.13. Белгород, 2006. 457 с.

158. Федотов П.К. Оптимизация процесса дезинтеграции руды в слое частиц: дис. . канд. техн. наук: 25.00.13. Иркутск, 2006. 179 с.

159. Ходаков Г.С. Физика измельчения. М.: Наука, 1972. 307 с.

160. Ходаков Г.С. Основные методы дисперсионного анализа порошков. М.: Строй-издат, 1968. 199 с.

161. Ходаков Г.С. Тонкое измельчение строительных материалов. М.: Стройиздат, 1972. 238с.

162. Червяков С.А. Обоснование конструктивных и режимных параметров энергосберегающих конструкций конусных дробилок: дис. . канд. техн. наук: 05.05.06. Екатеринбург, 2004. 175 с.

163. Черкинский Ю.С. Общая термодинамика. М.: Полиэкс, 1992. 504 с.

164. Шелеметева Е.А., Руднев С.Д. Стенд для определения работы разрушения тел: свободным ударом // Пищевые продукты и здоровье человека: сб. докладов еже-годн. аспир.-студенч. конф. Кемерово: КемТИПП, 2003. С. 83.

165. Шинкаренко С.Ф., Нечаева Л.И. Избирательное разрушение горных пород при малых нагрузках// Обогащение руд. 1991. №2. С. 11-13

166. Шушпанников А.Б., Иванец Г.Е. Смесительные агрегаты вибрационного типа для дисперсных материалов: монография. Кемерово: КемТИПП, 2008.152 с.

167. Щербаков B.F., Лобанов В.Г. Биохимия и товароведение масличного сырья. 5-е изд., перераб. и доп. М.:КолосС, 2003. 360 с.

168. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия: учебник для унив-тов и химико-технол. вузов. М.: Высшая школа, 2004. 445с.179. .Эсау К. Анатомия растений. М.: Мир, 1969. 394 с.

169. Язев В.А., Соловьёв Е.М., Басаргин Б.Н. Аналитическое решение основного уравнения кинетики измельчения // Изв. вузов. Химия и химическая технология. 1992. Т. 35. Вып. 11-12. С. 102-105.

170. Austin Н., Klimpel R., Zur Theorie der Zerkleinerang, // Aufbereitungs- Technik. 1966. Bd.7, №1. s. 10-20.

171. Barrenblatt G. I. // Advances in Appl. Mech. Academic Press. 1962. V.7.P.55

172. Broandbent S. and Kallcott T. A matrix analysis of processes involving particles assemblies. // Phil. Trans, rov. soc. London, 1959. P.99-123.

173. Broadbent S.R., Callcot T.G. Coal breakage processes. Part I, II // Institute of Fuel. 1956. № 29. P. 191.

174. Bond F.C. Some recent advances in grinding theory and practice // Brit. Fnang., 1963. 8 N 9 P.84 93.

175. Dugdale D.S.//J. Mech. Phis. Solids. 1960. V.8. P. 100

176. Epstein B. The mathematical description of central breakage mechanisms leading to . logarifmiko-normal distribution. Journal of the Franklin Institute, 1947, № 224, 12 p.,471/477.

177. Gardner R.P., Austin L.G. The applicability of the first order gringing law to particles having a distribution of strengths. // Powder Techol., 1975, №1, p.65-69.

178. Griffith A.A. Philos. Trans. Ray. Soc, 1920, A221., 163.

179. Griffits A.A. The phenomena of Rupture und Plou in Solids // Philos. Trans. Roy. Soc. London. Ser A.1921.V. 221.P. 163 198.

180. Griffith A.A. Proc. 1 st. Interrat. Congr. Appl. Mech. Delft, 1924, 55.192. 117 Irwin G.R.//J.Appl.Mech. 1957. V.24. P.361.

181. Kemeny J.G., Snell J.L. Finite Markov chains. The University Series in Undergraduate Mathematics.Princeton: Van Nostrand, 1960 (перевод: Кемени Дж. Дж., Снелл Дж. JI. Конечные цепи Маркова. М.: Наука, 1970. 272 с.)

182. Kick F. Das Gesetz der proportionalen Widerstande und seine Anwendung. Leipzig, 1885. 94 p.

183. Kis P.B., Мизонов И.Е., Mihalyko C.S. Асимптотические решения разностных уравнений кинетики измельчения в замкнутом цикле // Химия и химическая технология. 2004. Т. 47. Вып. 3. С.131-133.

184. Mizonov V., Zhukov V., Bernotat S. Simulation of Griding: New Approaches. ISPEU Press, Ivanovo, 1977. 108 p.

185. Orowan E. Repts. on Prog, in Physics. 1949.V. 12.P. 18/5.

186. Rittinger P.V. Lenbruch fur Aufbereitungskunde. Berlin, 1867. 138 p.

187. Rehbinder P.A., Scheiner L.A., Zhigach K.F. Hardness reducers in drilling (Academy of Science, Moscow), Traduction publiee par: The Council for Scientific and Industrial Research. Melbourne, 1948.

188. Rilley R.V. Theory and practice end grinding //Chemical and process engineering, 1965. -Vol.46, N4. P. 189- 195.

189. Sedlatschek K. and Von Bass L. Contribution to the theory of ball milling. Powder Metall. Bull, 1953. P. 148 153.

190. Структурометр" может работать как самостоятельно, как и в составе информационно-измерительного комплекса. Для передачи экспериментальных данных предусмотрена возможность подключения "Структурометра" к персональному компьютеру.

191. Рис. П. 1.2. Устройство для испытания материалов сдвигом

192. В значение начального усилия касания Р0 при нагружении сдвигом необходимо ввести поправку, прибавить значение вес внутреннего полого цилиндра, равный 0,6 Н. При построении диаграмм нагружения сдвигом Р = /(^0 необходимо учесть эту поправку.

193. При обработке полученных диаграмм интерес представляет начальная часть экспериментальных кривых до первичного разрушения оболочки, что отражается характерным изломом линии графика, а также резким сбросом силы сопротивления образца.

194. Ординатам предельных характерных точек усилий сжатия или сдвига , когда происходит разрушение оболочек образцов, диаграмм нагружения

195. Р — /(/0 соответствуют предельные прочностные характеристики компонентов при сжатии сгпр и сдвиге тпр зависимостей напряжений от относительныхдеформаций £ образцов при различных скоростях V .

196. Рассчитываем относительную деформацию образца при сжатии и сдвиге:s = M/I, (П. 1.2)где Л/ деформация оболочки образца ( Л/ соответствует H - значению расстояния перемещения столика в таблице усилий, мм), м; I - начальный размер оболочки образца, м.

197. По полученным данным строим кривые зависимостей сг = fis) напряжений сжатия сг или г = f{s) сдвига т до разрушения оболочек от относительных деформаций s образцов при различных скоростях V в координатах с — s и т-s.

198. Модуль упругости Е вычисляем для каждого образца по результатам исследований на сжатие и сдвиг при различных скоростях. За результат принимаем среднее арифметическое модуля упругости испытуемых образцов Е при сжатии и сдвиге с различными скоростями.

199. По полученным данным строим зависимости модуля упругости Е для образцов при сжатии и сдвиге до разрушения оболочек от скорости нагружения

200. V Е = /(у) и зависимости предельных напряжений сжатия стпр и сдвиге ?прдля образцов до разрушения оболочек от скорости нагружения V

201. Проводим обработку результатов экспериментов и анализ полученных результатов.

202. Требования к вырезке заготовок для образцов, их количество, местоположение (образцы продольные, поперечные, радиальные или тангенциальные) определяются стандартами на изготовление изделий или техническими условиями на материалы.

203. Перед испытанием маятник поднимают на угол ОС в верхнее исходное положение (см. рис. Ш2.2), где он удерживается в этом взведённом состоянии защёлкой в спусковом колесе.

204. Рис. П.2.1. Схемы испытаний ударной вязкости по Изоду (стандарт Л Б К 7110) (а) и ударной вязкости по Шарпи (стандарт ЛБ К 7111) {б)

205. Маятниковые копры различаются в зависимости от предельного запаса потенциальной энергии, т.е. максимальной энергии удара маятника.

206. Такой метод ударных испытаний прост, широко применяется для определения работы разрушения образцов. Технические условия на испытания материалов посредством маятникового копра закреплены ГОСТ 10708-82 "Копры маятниковые. Технические условия".

207. Рассмотрим детально энергию, необходимую для разрушения образца. Модель испытания ударом на маятниковом копре приведена на рис. П.3.2.

208. Потенциальную энергию маятника на высоте к, пренебрегая массой его плеча, определяют выражением:

209. Е0 =М£/7 = М£/(1-С08£*), (П.2.1)где М — масса маятника, кг; / длина плеча маятника, м; ос — угол подъёматочная потенциальная энергия маятника равна

210. Е'0 = Mgh = Mgl(l cos /?). (П.2.2)

211. Следовательно, энергию, затраченную на разрушение образца, можно рассчитать, используя формулы (П.2.1) и (П.2.2), по выражению

212. E = E0-E'0=Mgl(cosj3-coscc). (П.2.3)

213. Ех = Mgl{cos у cos а), (П.2.4)где у угол взлёта маятника при холостом ходе, град.

214. Тогда более точно, с учётом (П.2.4), энергия разрушения образца материала определится выражением

215. Е = Mgl((cos у cos а) - (cos - cos а)). (П.2.5)

216. При подстановке всех величин в системе СИ получают энергию разрушения образца в Дж.

217. Во время удара маятника по образцу часть кинетической энергии маятника передается образцу. Эта часть энергии (П.2.5) преобразуется в образце в энергию упругой деформации и энергию образования новой поверхности.

218. Величина работы, затрачиваемой на разрушение образца, определяется выражением:

219. Удельная работа разрушения образца может быть определена из выраженияа = A/S ,Дж/м2 (П.2.7)где S -2F — площадь вновь образованной при разрушении поверхности, м2; F поперечное сечение образца в плоскости действия разрушающей силы м2.

220. Удельную работу разрушения тела (П.2.7), определяемую на маятниковом копре, можно трактовать как удельную работу на образование поверхности.

221. Принцип действия устройства заключается в следующем. Исследуемые единичные твердые тела, подлежащие разрушению свободным ударом, подают в загрузочный патрубок 9 устройства.

222. При попадании из нижнего отверстия'загрузочного патрубка 9 в стакан 8 быстровращающегося диска-ускорителя 6 материал меняет направление с вертикального на горизонтальное и поступает в разгонные трубки 7.

223. Схема однократного разрушения твёрдых тел свободным ударом представлена на рис. П.3.3.

224. Процесс разрушения твёрдых тел в представленном устройстве (рис. П.3.2) осуществляется за счёт свободного удара частиц об отбойную поверхность отражательных рёбер. При этом радиальные трубки ротора выполняют разгонную функцию.

225. Для разрушения твёрдых тел создаётся кинетическая энергия, зависящая от скорости нагру

226. Расчёт предела прочности твёрдого тела в результате свободного удара в данном устройстве (рис. П.3.3) можно осуществить при помощи разработанной методики, представленной ниже.

227. Рассмотрим частицу материала массой т , радиуса Я и площадью поперечного сечения $пр, находящуюся в кольцевом пространстве разгонной трубки ротора и движущуюся к периферии ротора и далее к отражательным рёбрам.

228. В кольцевом пространстве радиальной разгонной трубки устройства вмомент разгона на движущуюся частицу действует центробежная сила , равная:рц = тач, где ац центробежное ускорение.

229. На выходе из разгонного диска в кольцевой зазор рабочей камеры скорость движения тела имеет две составляющие: тангенциальную и радиальную Уг и определяется следующим образом:1. У = + г)2 (П.3.3)1. В свою очередьиг11. П.3.4)т

230. После подстановки (П.3.1) в (П.3.4) получим:1. V,. = щ . (П.3.5)

231. Подставляя в уравнение (П.3.3) соответствующие значения скоростейи Уг из формул (П.3.2) и (П.3.5) окончательно получим:у = л/2 -СО-г{. (П.3.6)

232. Из закона П.А. Ребиндера о работе разрушения твердых тел:су1ЛУ1. А =где <Jnp предельное напряжение разрушения; AV — объём разрушаемого материала, в котором достигнуто предельное состояние; Е — модуль упругости разрушаемого материала.

233. Подставляя в уравнение (П.3.7) соответствующие значения энергий, получим:mv2 <у1ЛУпр1. П.3.8)2 2 Е '

234. С учётом уравнения (П.3.6) из равенства (П.3.8) выражаем предел прочности опр материала:2 • m- Е1. А¥ , (П.3.9)где ®кр угловая скорость, при которой происходит разрушение половины используемых образцов.