автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.14, диссертация на тему:Повышение эффективности работы машин дискового типа для резания пищевых материалов

• ¿ л*

ГОСУДАРСТВ Effi&fl КСШШЗХ FOÎ'CP ПО ДЕЛАН ШЮ! II ШСШЙ1 ЦКОЛЦ

ИОСКШШЯ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО SUÎTTH ТЕХНОЛOFÎПЕСККЯ ИНСТИТУТ ЙЩЬСЯ ПРОШЖЕНБОСТН

lia. правах рукописи

ГГ/СШАЕВ Хакглр Се'-Ёзддгп cr.'í!

7ДК: 663/664.022:62I.937.02.00i.I5(W3.3)

псвншэше эффективности paeoih

КАЙШ ДИСКОВОГО ТШ1 ДЛЯ РЕЗАКИ ПШ1Ш МАТЕРИАЛОВ

Сзощаяиюотъ 05,02.14: - Мазана в агрвгаш

иидозой проншшгяйстд

Автореферат

дисеортшш га еогекаккэ ученой стенает кандидата тезашеасгх паук

Пог.кяа - 19Э1

/V /

Работа выполнена на кафедре "Технологическое оборудование гощевнх предприятий* Московского ордена Трудового Красного Знамени технологического института пищевой проьашленности.

Научннй руководитель - кандидат технических наук, доцент В.М.ХРОМЕЕНКОВ

Офиижшшат сппоиаитн: доктор технических наук, профессор Ю.А.МШШ,

кандидат технических наук,

доцент М.В.КАЛАЧЕВ

»

Ведущая организация - ПО "Система" (г.Каяинячград)

Защвта состоится 26 декабря 1991 года в_часов на

заседании специализированного Совета К 063.51.07 Московского ордена Трудового Красного Знамени технологического института пищевой прошшшогаости по адресу: 125080, Москва, А-80, Волоколамское воссе, И.

С диссертацией иозко ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан 26 ноября 1991 г.

Ученнй секретарь специализированного Совета, кшщидат технических наук,

доцент И.М.САВИНА

Г •Л'ЯпгчЗй - з -

• -.....г??-Г7

( ■ * , I ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

/ '.Аку?а.~ьность работы. В перерабагыващях отраслях агропро-шшеннЗГсгясомплекса, на предприятиях торговли в общественного питания широко используется дисковые ном, работающие в режиме скользящего резания. Основные достоинства дисковых нояей заключаются в сравнительной простоте конструкции, удобстве в эксплуатации. Дисковые ножи обесточивают качественную обработку пщевых полуфабрикатов слабой консистенции за счет высоких скоростей резания. Ножи такой формы удобны для заточки и санитарной обработки непосредственно в мадшие.

Наряду с этим существенным недостатком дисковых нояей, нередко приводящим к невысокому качеству резания, является их значительная толщина. Этот фактор увеличивает сжатие и трение продукта, что сказывается на количестве отходов и брака, возрастании шероховатости поверхности среза. Попытки уменьшения толидавы дисковых ножей и повышения скорости резания, как правило, приводят к.снижению их устоЯтаяоотя и жесткости.

Научно обоснованное разрешение указанного противоречия возможно путем комплексного анализа механики резания дисковыми нотами, основанного на одновременном рассмотрении силовых характеристик взаимодействия режущего инструмента с разрезаемым материалом и показателей устойчивости - жесткости дискового ножа.

Цель работы. Целью работы является повшаение эффективности . резания пищевых продуктов и полуфабрикатов дасковшяз ножами за счет рационального выбора их геометрических и кинематических. параметров, выполненного на основе анализа особенностей их работы.

Научная новизна: изучены особенности работы дисковых ножей и. выявлены ос-

новше различия двух способов резаиия: попутного и встречного. Анализ этих различий показал определенное преимущество встречного резшшя по величине коэффициента скольжения, углов кинематического заострешш и длине контакта лезвия;

- получены аналитические выражения для определения составлявших усатая на лезвии; фаске и боковых гранях дискового ножа с учетом его кинематических п геометрических характеристик, структурно-механических и фрикционных свойств перерабатываемого материала;

- экспериментально получены структурно-механические и фрикционные характеристики объекта резания (на примере отдельных пй-щевнх проектов) в широком диапазоне изменения скоростных факторов;

- разработан ряд показателей работоспособности дисковых ножей в веда предельных характеристик жесткости, устойчивости и рабочей скорости;

- определены оптимальные характеристики дисковых ножей по критерию минимального усилия рсзажя.

Практическая ценность. Показаны возможности качественного осуществления процесса резания пищевых материалов дисковым ножом. Разработана ингенерная методика расчета дисковых ножей дня резания гшцевых материалов, обеспечивающая экономичность и экс-плуатациош1уп надежность работы. Результаты исследований использованы при модернизации машины МРГ-ЗООА для резания гастрономических продуктов, внедрены при серийном выпуске машины на производственном объединении "Система" (г.Калининград) и реализованы при совершенствовании разделочного оборудования на рыбокомбинате им.С.М.Кирова (г.Баку).

Апробация работа. Основные результаты диссертационной рабо-

ты доложены на ХУ Республиканской копрврвшщи молодых ученых и специалистов "Интенсификация агропромышленного производства на современном этапе" в г.Баку в 1988 г.; на Всесоюзной научно-технической конференции "Интенсификация технологических процессов в рыбной промышленности" в г.Владивостоке в 1989 г.; на УП, УШ конференциях молодых ученых МТШП в г.Москве в 1988-1991 гг.; на научной конференции, посвященной 60-летию КТШП, в 1991 г.

Публикация. По теме диссертации опубликова'но 6 печатных работ.

Структура л объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литература и приложений. Работа содержит 189 страниц машинописного текста, 3? иллюстраций, 21 таблицу, список использованной литературы включает 139 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРНАШЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована практическая значимость и актуальность работы.

В легкой главе изложено состояние вопроса, дан обзор конструкций машин дискового типа, анализ результатов научно-исследовательских работ в области резания пищевых материалов дисковыми ножами. Приводится анализ литературных источников, посвященных решению вопроса устойчивости и жесткости режущего инструмента!.

Анализ технических параметров дисковых реаущих органов, выполненный по литературным данным, показывает, что ножи, используемые для резки растительного и животного сырья и полуфабрикатов, имеют в основном следующие диапазоны изменения геометрических и кинематических характеристик: - диаметр: 50-500 мм;

- толщина: 0,6-25 мм;

- частота вращения: 30-4000 мин-*;

- угол 'заточки: 15-25°;

- соотношение диаметров фланцев и ножа: 0,1-0,4.

Рабочий орган резальных маиин дискового типа представляет

собой наиболее ответственную деталь, выполненную, как правило, из износостойкой высоколегированной стали. Масса дискового ножа отдельных машин (МРГ-ЗООЛ, МРХ-200) достигает 4-4,5 кг, что определяется прежде всего его значительной толщиной. Отсвда видно, что повышение устойчивости дисковых ножей при снижении их толщины имеет большое значение не только для улучшения качества среза, но и для облегчения конструкции машны, экономии материалов.

Первые исследования в области теории резания материалов растительного и животного происхождения были выполнены В.П.Го-рячкиным, В.А.Келиговскш и их сотрудниками. Значительный вклад в изучен"е этой проблемы внесли работы Н.Е.Резника, А.И.Пелеева, Ю.А.Мачихша, Н.В.Морозова, Т.В.Чкжиковой, М.Н.Кяиыенхо, С.Г.Юркова и других ученых. В обзоре выделены работы, посвященные исследованию резания лицевых материалов дисковыми ножами (В.И.Карпов, М.В.Калачев, С.ГЛ^ревич и др.).

Анализ литературных данных показывает, что отсутствие комплексного подхода к изучение кинематических и динамических характеристик дисковых нокей но дает возможности оптимизировать их геометрические параметры и повысить эффективность работы. Отсутствие аналитических соотношений для расчета сопротивления резанию на лезвии не дает возможности обоснованно подойти к решению задач жесткости и устойчивости дисковых ножей.

В связи с изложенным в работе поставлены следующие основные задачи:

1. Выявить кинематические особенности работы дисковых ножей при резании пящдвых материалов.

2. Получить математическуп модель взаимодействия дискового ножа с материалом, связывающую основные параметры процесса: ки-нематическио и геометрические характеристики режущего инструмента, структурно-мехаш!ческие и фрикционные свойства перерабатываемого материала.

3. Определить условия, обеспечивающие устойчивость и вест-кость дисковых ножей.

4. Сопоставить результаты теоретически и оксперименталышх исследований.

5. Разработать инженерную методику расчета дисковых ножей и внедрить ножи с оптимальными параметрами в серийных конструкциях резальных машин.

Во второй главе рассмотрены кинематические особенности резания дисковыми ножами, выведены уравнения для расчета составляющих силы резания и дан га анализ для кшшретных условий резания.

Траектории движения точек ножа в материале описывается уравнениями:

+ , (I)

У #( / - С О 5 У ) . (2)

На рис.1 представлены траектории движения точек лезвия в -материале для попутного и встречного резания.

Длина контакта точек ножа в, материале может рассчитываться по уравнению:

Рис.л. Траектории движений точек лезвия в материале для попутного и встречного видов резания

------- У Р6"

V А-М" А 45° Л"«'

-4 -Э -г -I О } 2 } 4 5 Л

Рис.2. Зависимость утла кинематического

заострения от коэффициента скольжения

- э -

Угол кинематического заострения при розанин пищових материалов дисковыми ушками можно определить из уравнения:

А» Л tjîfio SLn f

lía рис.2 представлена зависимость угла от коэффициента сколькения при различиях углах заточил пока.

При увеличении коэффициента скольжения угол кинематического заострения уменьшится. Из уравнения (4) вадно, что угод кинематического заострения равен углу заточки ножа при коэффициенте скольжения Kü ~C03f .

Анализ кинематических зависимостей позволяет констатировать следуицее:

1) траектории точек ножа в продукте зависят от коэффициента скольжения, вида резаняя (попутное.или встречное) и положения материала относительно нова. При Кс г» 10 для обоих видов резания их следует принимать за дуга окружностей;

2) длина контакта лизвия с продуктом плавно уменыгаотся для попутного резания при увеличении коэффициента скольжения, а для встречного резания - увеличивается;

3) да величину кинематического угла заострения влияют угол заточки диска Jb0 , коэффициент скольжения к угол встречи. Этот показатель заметно изменяется при изменении коэффициента скольжения от Кс = -3 до Кс = 5 и при попутном резании больше, чем при встречном, для одного значения Кс.

В данной главе разработана модель силового взаимодействия • дискового ножа о разрезаевдм материалом. Для расчета сил резания модаль разделена ни три составные части, соответствующие рабочим зонам нога: лезвию, фаскам и (Iokûbhm граням.

Усилие ¡¡езат-.л в направлении дыжэшт продукта можно определить по формуле:

Lnfcún<Pc¡0 --JÍL-^^p) %

s¿nfcp- cúSjáffi Wl<l-2Kcm%p+t§%UnlrJ

+ f0 \(Уг/> ~ Л) . (5)

Усилие резания б направлен::!:, перпендикулярном движению продукта, определяется по формуле:

süi fe? cas/, i УМ'-Щы %p+2 fc/

*-£/MWfe{tín(ty,-X) , (6)

где: A)~ azesin(cas Л)-azcoin(coi ■ sinJ¡>0),

. , . sin У CP

А а» агс&т ........ r -

У i+Kl-ZKcCosfcp

Полное усилие резания можно определять по формуле:

Р « \fp»2 4- P¿* . (7)

Из этих формул видно, что полное усилие резания и его составляющие представляют собой сложные функции, зависящие от структурно-механических }i фрикционных свойств продукта (/ ,Е,//), геометрических и кинематических параметров нова {R > ^. • K¿) и других факторов i

Исследования данного раздела показали,что самозатягиванио

Разрезаемого материала возможно только при попутном рез; ши и

происходит под действием составляэдих силы резания на фаске Р** п"

и боковых гранях кожа в зависимости от коэффициента

скольжения. Процессом самозатяглванмя можно управлять, меняя значения коэффициента скольжения, влияющего на форму траектории (обыкновенно, укороченной или удлиненной цикловды).

В третьей гладе приведены результаты экспериментального исследования структурно-механических и фрикционных характеристик объекта резания. Обоснование выбора конкретных пищевых материалов дано в гл.4.

Существенный вклад в изучение структурно-механических свойств пищевых продуктов и полуфабрикатов внесли М.П.Воларович, И.А.Ребандер, Б.А.Николаев, Б.М.Азаров, Ю.А.Мачихин, С.А.Мачшшн, К. 11.Гуськов, А.В.Горбатов, Н.Б.Урьев я др.

Шенциеся в настоящее время в литературе данные относятся, как правило, к статическим или квазистатическш деформациям,т.к. не учитывают скорости прохождения процесса, его динамичности, проявляющееся в интенсивной катков реме иной нагрузке, имещей в отдельных случаях вибрационный или вийроударный характер. При изучении процесса резания для определения структурно-механических свойств объекта обработки целесообразно использовать норезо-нансные метода вынужденных колебаний.

Экспериментальная установка снабжена двумя параллельными пластинами, между которыми помещается испытуемый образец, и обеспечивает его одноосное сжатие в колебательном режиме. Верх~ няя пластина била закреплена неподвижно на станине установки, а нижняя - на тензобалке, ешнтировашгой на подхе!.«ом столане.Столик перемещается в вертикальной плоскости возвратио-иоступатель-

но от регулируемого привода. Опыты проводились с образцами,шею-ицая юшпщрпческую форму.диаметром 30 т и высотой 40 мм. В проведенных опытах величина относительной деформации ¿о составляла 0,11-0,17, а напряжения сжатия изменялись в диапазоне 16,3-31,2 МПа.

В результате проведенных экспериментов установлено, что при скоростном воздействии на продукт он в большинстве случаев начинает вести себя, как абсолютно упругое тело. Этим могло объяснить возрастание динамического модуля упругости при увеличении скорости дефорг.зфовашш.

Результаты экспериментальных данных обрабатывались на ЭВМ ЕС 1022, й;..: всех изученных зависимостей наибольшее значение Г-критерия имела степенная модель уравнения регрессии ,

Зшчения эмпирических коэффициентов А и 6 для случал сжатия вареных колбасных изделий ГОСТ 23670-79 в диапазоне частот 5 < и) 30 представлены в табл.1.

Таблица I

Ко э'|фпциеет с» Г В'

А . 73,6 61,4 13,3 0,217 6,26 4,32

ё 0,26 0,21 0,42 0,20 -0,48 -1,09

Абсолютные значения динамического модуля упругости, полученные при больших скоростях деформирования (&> = 20-30 Гц), в 1,5-2 раза выше модуля упругости, определенного в статических условиях. Поэтому использование в инженерных расчетах численных значений статического модуля упругости может привести к ошибка порядка 50$.

Для количественной оценки величины сил трения в зависимое-

ти от нормального напряжения и скорости скольжения использовался трибонегр дискового типа. Опыты показали, что при увеличении давления от 3,2 до 31,8 кПа коэффициенты трения возрастают почти в 2 раза. В наибольшей степени ото характерно для больших скоростей скольжения. Указанное явление может быть объяснено влиянием деформационной составляющей силы трет я, т.к. адгезионная составляющая при возрастании скорости уменьшается и в дальнейшем стабилизируется на определимом уровне.

Обработка экспериментальных данных проводилась на ЭВМ

ЕС 1022. Наибольшее приближение к данным эксперимента обеспочя-

2

вает уравнение регрессии квадратичного тиха У=В}- + В2Х + ВзХ . Значения величин В^,В2,В3 для вычисления коэффициентов трения вареных колбасных изделий представлены а табл.2.

Таблица 2

X При значениях В1 В2-102 Вд-Ю4

Полученные в экспериментах значения реологических и фрикционных характеристик необходимы для анализа и расчета силовых и энергетических показателей работы резалышх машин дискового типа.

Четвертая главд посвящена экспериментальной проверке результатов теоретических- исследований на примере некоторых пищевых материалов. Ограниченные рамки работ и известные трудности

и =1,05 м/с 0 V = 3,15 м/с и ~ 8,40 м/с

0,51 1,8 -1,8

0,52 3,2 -3,7

0,72 4,8 -11,0

(Г = 3,2 кПа и 6 - 19,1 кПа <3* » 0,84 кПа

0,53 2,2 12,0

0,63 12,0 -73,0 0,84 9,5 -60,0

не позволяли исследовать резание разнообразных пищевых продуктов в полуфабрикатов. Поэтому ми ограничились пищевыми материалами с зачетно отличавшимися свойствами. Объектом резания являлись варение колбасные изделия, сыр, выпеченный бисквитный полуфабрикат.

В работе определялись зависимости горизонтальных и вертикальных составляющих сил'резания от основных факторов процесса: скоростей резания и подачи, толщины ножей, конфигурации режущей кроюш. Предварительные опыты были проведены при постоянных условиях резания ( V, 3 и др.). Проведенная статистическая обработка данных показала, что колебания исходных свойств объекта резания соответствуют нормальному распределению и характеризуете я погрешностью от 5 до 12%.

Определение горизонтальных и вертикальных составляющих полного усилия резания Р проводилось на установке, состоящей из узла резания с дисковым ноаом и узла подачи образца, онабженяых ивдивидуглышин электроприводами. Измерение этих сил осуществлялось методом тензометрлровашя с использованием тензометров сопротивления, усилителя 8А114-7М и осциллографа Н-041. Скорость нозка и подачи образцов регулировалась изменением напряжения, подаваемого от выпрямителя к приводу типа ПМУ.

В результате опытов установлено, что с увеличением коэффициента скольаещщ общая сила резания уменьшается. Это объясняется особенностями скользящего резашш - кинематической трансформацией угла заточки нога, переносом части силы трения на тангенциальное направление, разрушением материала микрозубцами режущей кромки. С другой стороны, поскольку в проведенных опытах Кс > 10, в соответствии с результатами, полученными в главе 2, траектории точек лезвия в продукте монно принять за дуги окружности. .Это приводит к уменьшению площади контакта лезвия с разрезаемым про-

дуктом. В зоне лезвия напряжения достигают максимального значения, и резание при болъпш значениях К осуществляется с мшп-маяышмл энергетически!.® затратами.

Опнгао-аналлгическям путем установлено, что нормальное давление на лезплн ^ а значительной степени зависит от коэ'Йн-циента скольжения. Результаты расчетов прлведенп в табл.3.; При расчете величины ^ яспользоваш дашше по структурно-механическим и фрикционным свойства?.! варе!шх колбасных изделий, получение в гл.З настоящего исследования: по соответствующим характеристикам сира -данные ВШИ,1С, получшпне Ггбачнлковш B.II. на реогошгомстре, и Андреевой A.B. - на трибометре дискового типа; по свойствам вылеченного бисквитного полуфабршеата - результаты исследований Соловьева H.H. :

Таблица 3

Продукт ь , Н/мм2, при кс равной

20 40 БО 80 . 100

Сыр "Российский" 21,2 19,4 17,9 13,7 11,0

Колбаса "Русская" 16,3 14,8 13,5 10,2 9,4

Бисквитный полуфабрикат 14,3 12,6 9,4 7,3 6,2

Результаты экспериментальных данных обрабатывались на ЭВМ ЕС 1022. По критерию Фишера сравнивалась адекватность различных ' ашгрокеш.шруквдж моделей: линейпой, квадратичной,показательной,

степенной. Наибольшее приближение к данным оксперимента обеспе-

' 2 3

чивает уравнение регрессии кубического типа - 7- А + ВХ + СХ + ДХ .

Величины постоянных коэффициентов ) представлены в

табл.4. При этом значения аргумента находятся в диапазоне от 20

до 100.

Эксперименты показывают, что повышение скорости подачи V.

Таблица 4

~~ ■-коэффициент А В С-Ю4 •д.ГО6

Продукт '

Сыр "Российский" 10,90 -0,108 10,00 -4,167

Колбаса "Русская" 7,44 -0,062 821,43 -4,165

Бисквитный полуфабрикат 3,52 -0,135 18,39 -8,333

При Vf - COßCt приводит к увеличению Р . Возрастание толцдены Ножа S с 0,5 мм до 2,0 ш также приводит к возрастанию Р . Это прежде всего связано с тем, что увеличиваются силы сжатия на фаско и тройия продукта на боковых гранях ножа.

При проведении опытов нами изучалось влияние конфигурации режущей кромки ножа на величину усилий резания. В экспериментах Угол между гранями зубцов составлял 60 градусов, а глубина впадин зубьев — 3 мм. Величина шага зубьев менялась в диапазоне 14-98 мм.

При решении вадачи оптимизации параметров дисковых ножей наг,ж был использован метод кноговариантных расчетов, ría основе сопоставления качественных я силовых показателей процесса резания в качестве критерия оптимизации использовались величина усилия резания..

Математическая модель резания дисковыми кодами была принята. нами в виде уравнений (5) и СБ). В общем случае эта модель имеет вид;

; P^mn(P(ße,B,Kc)} , (8)

где: B°«íj6e £ 40°; ОД ß é 6,0 мы; 1,0* Kc 4 100.

На языке БЕЙСИК составлена программа оптимизации'Параметров дисковых -ножей; расчеты проведены на ЭВМ ДВК-3 при толщине продукта Н=20 ш п радиуса заострения лезвия J> = 0,005 мм.

Для случая резания вареных колбасных изделий выявлены следующие оптимальные характеристики:

Р = 2,2 Н/ш при /е = 8°; В = 0,5 ш; Ке = 42.

Для реза1юя сиров в результате расчетов получены следущие оптимальные значения параметров:

Р = 3,8 H/mm при = 12°; В = 0,8 мм; = 22.

Для резания бисквитного полуфабриката эти значения равны:

Р - 0,0 H/mm при /¿> = 6°; 5 = 0,4 мм; Л^ 53.

Полученные численные значения геометрических Я кинематических характеристик дисковых нокей соответствуют условию минимизации силовых и энергетических факторов.

Проведенные 'расчеты показывают, что удельная величина составляющих полного усилия резашя вареных колбасных изделий составляет: на лезвии - 40-65$, на фаске - 20-35$, на боковых гранях - 15-25%. При резания сыра эти составляющие характеризуются значениями: Pj, = 70-8055, Р<р =-7-I($, Pff.r. = 13-2С$. Аналогичные показатели для бисквитных полуфабрикатов составляют Pß = 55-70%, Р<р = 18-27,1, Pg_r = 12-18$.

В пятой главе приведены результаты исследований устойчивости и жесткости дисковых новей, разработана инженерная методика расчета рабочих органов резальных машин дискового типа,

I

Для изучения влияния сил реоанля на устойчивость плоской форш равновесия и жесткость дисковых ножей применялись расчет-но-теоретический <и экспериментальный методы. При определении критических сил и частоты вращения были приняты основные исходные положения, содержащиеся в работах Ю.М.Стахиева и Г.С.Гуркита.

Проведенные расчеты показывают, что возникающая при работе дисковых ножей радиальная составляющая силы резания сравнима с Рп при малых В . Поэтому статическая потеря устойчивости'

плоской форла равновесия дискового ножа от сил Рп возможна при резании пищевых материалов тонкими ножами ( 8 < 1,0 мм). Вместе с тем необходимо учитывать, что вследствие начальных несовершенств (отклонение диска от плоскостности, приложение сил не в плоскости его оращения и т.д.) имеет место изгиб диска уже при малых значениях силы Рл . Условие надежной работы дискового ножа по показателю статической устойчивости может быть записано в следующем виде:

. (9).

Тогда минимально допустимая толщина нока

035 {¡м^Ш^йИ^Г , (ю)

У Я Г/ (с,Х,Рт/Рп)

хде / , /^./¿2,)-безразмерная функция;для дисковых ножей,

применяемых в пищевой промышленности, ее величина находится в диапазоне (0,11-0,035).

Расчету по специальной программе, проведениио на'и в вычислительном центре ЦНИШОД на ЭВМ Е0-Ю22, показали, что максимальная изгибная жесткость соответствует статическому состоянию ножа (Л = 0). При увеличении частоты Вращения 1|згибная жесткость сначала незаметно, а по мере приближения к Лф интенсивно уменьшается*

Для определения предельного состояния дисковых ножей и выбора 1« оптимальных геометрических и кинематических характеристик необходимо экспериментально проверить возможность использования существующих аналитических методов расчета критической частоты вращения, собственной частоты колебания дискового ножа, установить число узловых диаметров и другие параметры.

Частоты собственных колебаний определялись на установке,

оснащенной генератором звуковой частоты ЗГ-10, олектрошшм лучевым осциллографом С1-9, источником постоянного тока ИСН-1, цифровым частотомером Ф519. Колебания в диске возбуздались электромагнитным вибратором конструкции ОНШ.Ю. Состолшю резонанса фиксировалось с помощью лндуншюшого датчика. Резонансная форма колебаний определялась по песочным фигура?,! Хлздни.

Опытами усганоилено, что частота собствегамх колебаний повышается с увеличенном толщины, скорости вращения и уменьшением диаметра ножа, а также с увеличением числа узловых диаметров. Минимальное значение критической частоты вращения соответствует форме колебаний с двумя узловшш диаметрами А' = 2.

Под щи! частотах вращения /7д.э , Л = 2 и выше не способен выдерживать поперечную нагруэгу от усилий резания и обычно теряет работоспособность. Поэтому для обеспечения надежной работа

пНЯ

рабочая частота вращения нона латана быть ниже 0,85 /?/-<? . Велл-

) '

чину максимально допустимой скорости резания при А = 2 конпо определить по уравнения

V™ < ШсХ) . (П)

На основе проведенных исследований инженерная методика расчета работ!/ органов резальных машин дискового типа ютег быть представлена как следующий алгоритм: '

1. Задаются исходные дашше для расчета:

А А

2. По величине пергж слагаемых формул (5) и (6) определяются составляющие силы резания Р/ , Р// на лезвия*

3. Определяется мпшшльная толщина нолей з: максимально допустимая скорость резания но номограмме (рис.З). Отлояив ~ = Р."-са$ V5 на оси абсцисс, восстанавливаем перпеидшеуляр до по-

1 >1 : 1 ! \ \jZ~fOO*» XI-7 ; \ / : ¡V / I \ X ! ! V \R-200mm 5, \ мм 2'Шмм /а-Жт/ V > 11-100 мм

\ \ х \ > V ! \ \ 1 \ \ ......— V \ \ пч и/ л / К" 50мм

[ \м/с 1 \ V / / У 1 ! ' И

£. Вон.

ВО 60 40 го О 1,0 2,0 3,0 4,0

Рис.3. Номограмма для определения основных параметров ^исковых ножей

Ра

го с

ресечемия с кривой, соответствующей выбранному значению & . Затем на оси ординат находим толщину ножа 5 , удовлетворяющую условию Рп < Рп кр . После этого определяем максимально допустимую скорость резания.

4. По Формулам (5) и (Б) определяются составляйте общей

п" п X

силы резагшя ^ и р .

5. Используя полученнне значения сил резашш, определяют необходпглую мощность резания , мощность подачи ^ и общую мощность двигателя.

ВЫВОДЫ

1. Основным недостатком дисков!« нояей является их повышенная толщина по сравнению с режущими органами других типов -пластинчата? я ленточными. Это в сочетании с большой площадью контакта с разрезаемым материалом вызывает нежелательное воздействие на полуфабрикат и, в результате этого, заметное снижение качества среза за счет сжимающих и касателышх напряжений в объекте обработки. В наибольшей степени этот недостаток проявляется в высокопроизводительных машинах дискового типа.

2. Изучение особенностей работы дисковых ножей выявило основные различия двух способов резания: попутного и встречного. Анализ этих отличий показал определешие преимущества встречного резания по величине коэффициента скольжения, длине контакта лезвия и углов кинематического заострения. При коэффициенте скольжения большем 10 (Кс >10), траектории точек ножа в продукте следует принимать за окружность для обоих видов резания. Длина контакта лезвия ноля с продуктом плавно уменьшается для попутного резаиия с увеличением коэффициента скольжения, а для встречного резания - увеличивается. Величина угла кияематическо-

го заострения значительно изменяется при изменении коэффициента скольжения от -3 до 5 и при попутном резании больше, чем при встречном для одного значения коэффициента скольжения.

3. Получены аналитические выражения для определения составляющих усилия резания на лезвии, фаске и боковых гранях с учетом кинематических и геометрических параметров дискового ножа, структурно-механических и фрикционных свойств перерабатываемого материала.

4. Экспериментально установлены структурно-механические и'» фрикционные характеристики объекта резания в динамических режимах и получены необходимые данные для расчета составляющих полного усилия резания.

5. Определены величины полного усилия резания в зависимости от свойств пищевого материала как суммы 3-х компонент ([¡а лезвии Рц , фаске Рф и боковых гранях р£г ), которые составляют соответственно :

- для вареных колбасных изделий:

Рл = 40-65$, Рф = 20-35$, Рг.г. = 15-25$;

- для сыра "Российского":

Рл 70-80*, Рер - 7~1С$, Р&г. - 13-20^$

- для бисквитного полуфабриката:

в 65-70$, Рф = Ю-27^, 12~1в%,

6. На основе анализа математической модели резания дисковыми ножами определены численные значения углов заточки и коэффициентов скольжения режущего инструмента, обеспечивающие их эффективную работу при резании ряда пищевых материалов.

7. Технологическая жесткость дисковых ножей определяется

их статической и динамической устойчивостью. Сравнение Рп ^ с действующими при резании пищевых продуктов нормальными силами

Условные обозначения

И - толщина продукта; У - коэффициент трения материала ножа о разрезаемый материал; В - модуль упругости продукта; ' /? - радиус дискового пока; 2) - диаметр дискового ножа; $ ~ толщина дискового ножа; - ширина фасюц - радиус эаостретш лезвия; - диаметр фланцев ножа; ¿7 - отноше-

ние диаметра фаанцев к диаметру ножа; Л' - цилиндрическая

/ .у

жесткость; Р - плотность материала дискового ножа; ¿У -коэффициент Пуассона; Ж' - модуль упругости материала ножа; V' - угол встречи; Л - угол меяду лезвием ножа и вектором абсолютной скорости резания; - угол заточки? /7 - часто-, та вршцешш ножа; - окружная скорость резания; V - ско-

рость подачи; Кц - коэффициент скольжения; Р - усилия ре-зашш; Р.р , Рп - соответственно тангенциальное и нормальное усилие резания; У ~ число узловых диаметров.

_Ротапцинт_НПО_"ШР"____

Заказ № 148, тираж 100 экз.

)